DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ae5801
تاريخ النشر: 2026-04-24
المؤلف: Rui Wang وآخرون
الموضوع الرئيسي: ديناميات الأيونوسفير والمغنطوسفير
نظرة عامة
تناقش هذه الفقرة تعقيدات توقع التأثيرات الجيومغناطيسية الناتجة عن الانفجارات الكتلية الإكليلية (CMEs)، خاصة في سياق عاصفة جيومغناطيسية كبيرة حدثت في 10-11 أكتوبر 2024، مع مؤشر Dst يبلغ حوالي -333 نانو تسلا. تركز التحليل على انفجار متعاطف يتضمن كل من خيط هادئ وCME من منطقة نشطة، مما أسفر عن حدوث CME متميزين كما لوحظ بواسطة الكوروناغراف في المرصد الشمسي المتقدم. تستخدم الدراسة نموذج صدمة كروية لتحليل CMEs المتداخلة وتجد أنها أكملت مرحلة تسارعها المفاجئ قبل دخولها مجال رؤية الكوروناغراف، واستمرت في التباطؤ بعد 100 نصف قطر شمسي ($R_\odot$).
تكشف القياسات في الموقع أن شدة العاصفة كانت مدفوعة بشكل أساسي من خلال تعزيز الحقول المغناطيسية المتجهة نحو الجنوب بسبب تفاعلات CME. ومن الجدير بالذكر أن CME المتأخر احتفظ بتوقيعات تشبه حبل التدفق تتماشى مع مصدره الشمسي، بينما أظهر CME الرائد تكوينات مغناطيسية متغيرة، بما في ذلك توقيعات مشوهة لحبل التدفق وتوجهات محاور مستنتجة غير متسقة بين مركبتي Wind وSTEREO-A. تسلط هذه الأبحاث الضوء على أهمية ربط ديناميات المصدر الشمسي بالقياسات في الموقع لتحسين توقعات الطقس الفضائي، على الرغم من أنها تعترف بأن الاتصال بين تكوينات الحقول المغناطيسية في منطقة المصدر والملاحظات في الموقع لا يزال غير مؤكد ويتطلب مزيدًا من الدراسة.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على التعقيدات المتعلقة بتوقع الانفجارات الكتلية الإكليلية (CMEs) وCMEs بين الكواكب (ICMEs)، مع التركيز بشكل خاص على توقع الحقل المغناطيسي المتجه نحو الجنوب ($B_z$)، وهو أمر حاسم لفهم الحقل الكهربائي الجيومؤثر ($E = -\mathbf{v} \times \mathbf{B}_z$). أظهرت الأبحاث السابقة أنه يمكن توقع حدوث عواصف جيومغناطيسية كبيرة من مؤشرات مبكرة في مناطق مصدر الانفجارات. ومع ذلك، فإن حدوث CMEs متعددة، متزامنة، أو متتابعة يعقد هذه التوقعات بسبب التفاعلات المعقدة في الفضاء بين الكواكب، مما يؤدي إلى هياكل وظواهر معقدة مثل دوران CME والانحراف.
تناقش الفقرة أيضًا الطبيعة المتتابعة لـ CMEs، وخاصة CMEs المتجانسة التي قد تنشأ من نفس أو خطوط عكسية قطبية مختلفة داخل المناطق النشطة، مما يزيد من احتمال التفاعلات. يمكن أن تؤدي مثل هذه التفاعلات إلى “أكل CME”، حيث يؤثر CME واحد على آخر، مما قد يؤدي إلى تعزيز الحقول المغناطيسية وشدة العاصفة الجيومغناطيسية. تؤكد المقدمة على التحديات في ربط التأثيرات الجيومغناطيسية الناتجة عن تفاعلات CME بأصولها الشمسية، حيث أن الاندماج غير الخطي لـ CMEs يعيق ظروف مصدرها. تهدف الورقة إلى دراسة حدث تفاعل CME محدد، باستخدام ملاحظات متعددة النقاط وزوايا في الموقع لتوضيح الروابط الجوهرية بين هذه الظواهر.
النتائج
في أكتوبر 2024، بلغت النشاط الشمسي ذروته مع انفجار كتلي إكليلي كبير (CME) لوحظ في 9 أكتوبر، تزامنًا مع توهج X1.8 من المنطقة النشطة (AR) 13848. سبق الانفجار صعود خيط هادئ (QF)، مما أثار انفجارات متعاطفة في المنطقة النشطة. أشارت الملاحظات إلى أن QF والمنطقة النشطة أنتجت CMEs متميزة، مع احتمال حدوث QF-CME قبل AR-CME بفترة قصيرة. كشف تحليل الحقل المغناطيسي أن المنطقة النشطة أظهرت خصائص نموذجية للمناطق الانفجارية، على الرغم من أن معدلات تغيير الطاقة واللولبية كانت أقل من الوسيط لمثل هذه المناطق، مما يشير إلى إطلاق طاقة مغناطيسية منخفضة نسبيًا.
تم تحليل الحركيات لـ CMEs، مما كشف أن كلا من CMEs أكملتا مرحلة تسارعها المفاجئ قبل دخولها مجال رؤية الكوروناغراف، مع توسع AR-CME بشكل أسرع نحو الأرض. أشارت القياسات في الموقع من مركبة Wind إلى وصول صدمة أمامية بعد حوالي 37 ساعة من الانفجار، مع تحديد اثنين من الانفجارات الكتلية الإكليلية بين الكواكب (ICMEs). أظهر الطرد الرائد حقلًا مغناطيسيًا متجهًا نحو الجنوب مستمرًا، مما ساهم في الاضطرابات الجيومغناطيسية، بينما أظهر الطرد المتأخر شكلًا أكثر تقليدية لحبل التدفق. أظهرت المقارنات مع بيانات من STEREO-A تباينات في تكوينات الحقل المغناطيسي وخصائص البلازما، مما يبرز التفاعلات المعقدة بين CMEs كما انتشرت عبر الفضاء.
المناقشة
في هذه الدراسة، قمنا بتحليل الأصول الشمسية وبين الكواكب للعاصفة الجيومغناطيسية الكبيرة التي حدثت في 10-11 أكتوبر 2024، والتي تميزت بأدنى مستوى Dst يبلغ حوالي -333 نانو تسلا، مما يجعلها ثاني أقوى عاصفة في الدورة الشمسية 25. تكشف نتائجنا أن العاصفة كانت مدفوعة بتفاعل معقد بين خيط هادئ وCME من منطقة نشطة، مما أسفر عن حدوث CMEs متفاعلة بشكل وثيق ظهرت كالهالة الواحدة في صور الكوروناغراف. يبرز هذا التفاعل أهمية تحليل مصادر الانفجارات بالتفصيل، حيث أن التقارير الأولية قللت من تعقيد نشاط CME. أكدت القياسات في الموقع من مركبات فضائية متعددة نجاح انفجار الخيط وكشفت عن تعزيز الحقول المغناطيسية المتجهة نحو الجنوب بسبب التفاعل.
قمنا أيضًا بفحص تكوينات الحقل المغناطيسي لـ CMEs المتفاعلة، مع تحديد خصائص متميزة في قياساتها في الموقع. أظهر CME المتأخر (AR-CME) لولبية يسرى تتماشى مع القناة الدافئة المعكوسة على شكل δ، بينما أظهر CME الرائد (QF-CME) تشوهًا وضغطًا كبيرين بسبب التفاعل. أشار التحليل باستخدام طرق الحد الأدنى والحد الأقصى من التباين (MVA) إلى وجود تناقضات في توجهات محور CME، مما يشير إلى احتمال انحناء حبل التدفق أثناء الانتشار. أظهرت محاكياتنا باستخدام نموذج CORHEL-CME أن التفاعلات المبكرة لـ CME يمكن أن تغير من اتصال الحقول المغناطيسية، مما يعقد توقعات التأثيرات الجيومغناطيسية. بشكل عام، تؤكد هذه الدراسة على الديناميات المعقدة لتفاعلات CME وتأثيراتها على توقعات العواصف الجيومغناطيسية.
DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ae5801
Publication Date: 2026-04-24
Author(s): Rui Wang et al.
Primary Topic: Ionosphere and magnetosphere dynamics
Overview
This section discusses the complexities of predicting geomagnetic impacts from coronal mass ejections (CMEs), particularly in the context of a significant geomagnetic storm that occurred on October 10-11, 2024, with a Dst index of approximately -333 nT. The analysis focuses on a sympathetic eruption involving both a quiescent filament and an active-region CME, which resulted in two distinct CMEs as observed by the coronagraph on the Advanced Space-based Solar Observatory. The study employs a spheroid shock model to analyze the overlapping CMEs and finds that they had completed their impulsive acceleration phase before entering the coronagraph’s field of view, continuing to decelerate beyond 100 solar radii ($R_\odot$).
In-situ measurements reveal that the storm’s intensity was primarily driven by enhanced southward magnetic fields due to CME interactions. Notably, the trailing CME retained flux-rope-like signatures consistent with its solar source, while the leading CME exhibited varying magnetic configurations, including distorted flux-rope signatures and inconsistent inferred axis orientations between the Wind and STEREO-A spacecraft. This research highlights the importance of linking solar source dynamics to in-situ measurements for improved space weather predictions, although it acknowledges that the connection between source-region magnetic field configurations and in-situ observations remains uncertain and warrants further study.
Introduction
The introduction highlights the complexities involved in forecasting coronal mass ejections (CMEs) and interplanetary CMEs (ICMEs), particularly focusing on the prediction of the southward magnetic field ($B_z$), which is crucial for understanding the geoeffective electric field ($E = -\mathbf{v} \times \mathbf{B}_z$). Previous research has established that significant geomagnetic storms can be anticipated from early indicators in eruption source regions. However, the occurrence of multiple, simultaneous, or sequential CMEs complicates these predictions due to intricate interactions in interplanetary space, leading to complex ejecta structures and phenomena such as CME rotation and deflection.
The section also discusses the sequential nature of CMEs, particularly homologous CMEs that may arise from the same or different polarity inversion lines within active regions, increasing the likelihood of interactions. Such interactions can lead to “CME-cannibalism,” where one CME affects another, potentially resulting in enhanced magnetic fields and geomagnetic storm intensity. The introduction underscores the challenges in linking geomagnetic effects from CME interactions to their solar origins, as the nonlinear merging of CMEs obscures their source conditions. The paper aims to investigate a specific CME interaction event, utilizing multiview and multipoint in-situ observations to elucidate the intrinsic connections between these phenomena.
Results
In October 2024, solar activity peaked with a significant halo coronal mass ejection (CME) observed on October 9, coinciding with an X1.8 flare from Active Region (AR) 13848. The eruption was preceded by the ascent of a quiescent filament (QF), which triggered sympathetic eruptions in the AR. Observations indicated that the QF and the AR produced distinct CMEs, with the QF-CME likely occurring shortly before the AR-CME. The magnetic field analysis revealed that the AR exhibited characteristics typical of eruptive regions, although the energy and helicity change rates were below the median for such regions, suggesting a relatively subdued magnetic energy release.
The kinematics of the CMEs were analyzed, revealing that both CMEs completed their impulsive acceleration phase before entering the coronagraph field of view, with the AR-CME expanding faster towards Earth. In-situ measurements from the Wind spacecraft indicated a forward shock arrival approximately 37 hours post-eruption, with two interplanetary coronal mass ejections (ICMEs) identified. The leading ejecta displayed a sustained southward magnetic field, contributing to geomagnetic disturbances, while the trailing ejecta exhibited a more typical flux-rope morphology. Comparisons with data from STEREO-A showed variations in magnetic field configurations and plasma properties, highlighting the complex interactions between the two CMEs as they propagated through space.
Discussion
In this study, we analyzed the solar and interplanetary origins of the significant geomagnetic storm that occurred on October 10-11, 2024, characterized by a minimum Dst of approximately -333 nT, marking it as the second strongest storm of Solar Cycle 25. Our findings reveal that the storm was driven by a complex interaction between a quiescent filament and a coronal mass ejection (CME) from an active region, resulting in two closely interacting CMEs that appeared as a single halo in coronagraph images. This interaction highlights the importance of detailed eruption source analysis, as initial reports underestimated the complexity of the CME activity. In-situ measurements from multiple spacecraft confirmed the successful eruption of the filament and revealed enhanced southward magnetic fields due to the interaction.
We further examined the magnetic field configurations of the two interacting CMEs, identifying distinct characteristics in their in-situ measurements. The trailing CME (AR-CME) exhibited a left-handed chirality consistent with the inverted δ-shaped warm channel, while the leading CME (QF-CME) showed significant deformation and compression due to the interaction. The analysis using minimum and maximum variance (MVA) methods indicated discrepancies in the CME axis orientations, suggesting potential flux-rope bending during propagation. Our simulations using the CORHEL-CME model indicated that early CME interactions could alter magnetic field connectivity, complicating predictions of geomagnetic effects. Overall, this study underscores the intricate dynamics of CME interactions and their implications for geomagnetic storm forecasting.