The expansion instability of a toroidal current ring in low-beta magnetized plasma is investigated. Qualitative agreement is obtained with experiments on spheromak expansion and with essential properties of solar coronal mass ejections, unifying the two apparently disparate classes of fast and slow coronal mass ejections.

We analyze the physical mechanisms that form a three-dimensional coronal flux rope and later cause its eruption. This is achieved by a zero-β magnetohydrodynamic (MHD) simulation of an initially potential, asymmetric bipolar field, which evolves by means of simultaneous slow magnetic field diffusion and sub-Alfvénic, line-tied shearing motions in the photosphere. As in similar models, flux-cancellation-driven photospheric reconnection in a bald-patch (BP) separatrix transforms the sheared arcades into a slowly rising and stable flux rope. A bifurcation from a BP to a quasi-separatrix layer (QSL) topology occurs later on in the evolution, while the flux rope keeps growing and slowly rising, now due to shear-driven coronal slip-running reconnection, which is of tether-cutting type and takes place in the QSL. As the flux rope reaches the altitude at which the decay index −∂ln B/∂ln z of the potential field exceeds ∼3/2, it rapidly accelerates upward, while the overlying arcade eventually develops an inverse tear-drop shape, as observed in coronal mass ejections (CMEs). This transition to eruption is in accordance with the onset criterion of the torus instability. Thus, we find that photospheric flux-cancellation and tether-cutting coronal reconnection do not trigger CMEs in bipolar magnetic fields, but are key pre-eruptive mechanisms for flux ropes to build up and to rise to the critical height above the photosphere at which the torus instability causes the eruption. In order to interpret recent Hinode X-Ray Telescope observations of an erupting sigmoid, we produce simplified synthetic soft X-ray images from the distribution of the electric currents in the simulation. We find that a bright sigmoidal envelope is formed by pairs of -shaped field lines in the pre-eruptive stage. These field lines form through the BP reconnection and merge later on into -shaped loops through the tether-cutting reconnection. During the eruption, the central part of the sigmoid brightens due to the formation of a vertical current layer in the wake of the erupting flux rope. Slip-running reconnection in this layer yields the formation of flare loops. A rapid decrease of currents due to field line expansion, together with the increase of narrow currents in the reconnecting QSL, yields the sigmoid hooks to thin in the early stages of the eruption. Finally, a slightly rotating erupting loop-like feature (ELLF) detaches from the center of the sigmoid. Most of this ELLF is not associated with the erupting flux rope, but with a current shell that develops within expanding field lines above the rope. Only the short, curved end of the ELLF corresponds to a part of the flux rope. We argue that the features found in the simulation are generic for the formation and eruption of soft X-ray sigmoids.

The force-free coronal loop model by [CITE] is found to be unstable with respect to the ideal kink mode, which suggests this instability as a mechanism for the initiation of flares. The long-wavelength () mode grows for average twists (at a loop aspect ratio of ≈5). The threshold of instability increases with increasing major loop radius, primarily because the aspect ratio then also increases. Numerically obtained equilibria at subcritical twist are very close to the approximate analytical equilibrium; they do not show indications of sigmoidal shape. The growth of kink perturbations is eventually slowed down by the surrounding potential field, which varies only slowly with radius in the model. With this field a global eruption is not obtained in the ideal MHD limit. Kink perturbations with a rising loop apex lead to the formation of a vertical current sheet below the apex, which does not occur in the cylindrical approximation.

Coronal mass ejections (CMEs) were discovered in the early 1970s when space-borne coronagraphs revealed that eruptions of plasma are ejected from the Sun. Today, it is known that the Sun produces eruptive flares, filament eruptions, coronal mass ejections and failed eruptions; all thought to be due to a release of energy stored in the coronal magnetic field during its drastic reconfiguration. This review discusses the observations and physical mechanisms behind this eruptive activity, with a view to making an assessment of the current capability of forecasting these events for space weather risk and impact mitigation. Whilst a wealth of observations exist, and detailed models have been developed, there still exists a need to draw these approaches together. In particular more realistic models are encouraged in order to asses the full range of complexity of the solar atmosphere and the criteria for which an eruption is formed. From the observational side, a more detailed understanding of the role of photospheric flows and reconnection is needed in order to identify the evolutionary path that ultimately means a magnetic structure will erupt.

As observed in Thomson-scattered white light, coronal mass ejections (CMEs) are manifest as large-scale expulsions of plasma magnetically driven from the corona in the most energetic eruptions from the Sun. It remains a tantalizing mystery as to how these erupting magnetic fields evolve to form the complex structures we observe in the solar wind at Earth. Here, we strive to provide a fresh perspective on the post-eruption and interplanetary evolution of CMEs, focusing on the physical processes that define the many complex interactions of the ejected plasma with its surroundings as it departs the corona and propagates through the heliosphere. We summarize the ways CMEs and their interplanetary CMEs (ICMEs) are rotated, reconfigured, deformed, deflected, decelerated and disguised during their journey through the solar wind. This study then leads to consideration of how structures originating in coronal eruptions can be connected to their far removed interplanetary counterparts. Given that ICMEs are the drivers of most geomagnetic storms (and the sole driver of extreme storms), this work provides a guide to the processes that must be considered in making space weather forecasts from remote observations of the corona.

Abstract Full-disk spectroscopic observations of the solar corona are highly desired to forecast solar eruptions and their impact on planets and to uncover the origin of solar wind. In this paper, we introduce a new multislit design (five slits) to obtain extreme-ultraviolet (EUV) spectra simultaneously. The selected spectrometer wavelength range (184–197 Å) contains several bright EUV lines that can be used for spectral diagnostics. The multislit approach offers an unprecedented way to efficiently obtain the global spectral data but the ambiguity from different slits should be resolved. Using a numerical simulation of the global corona, we primarily concentrate on the optimization of the disambiguation process, with the objective of extracting decomposed spectral information of six primary lines. This subsequently facilitates a comprehensive series of plasma diagnostics, including density (Fe xii 195.12/186.89 Å), Doppler velocity (Fe xii 193.51 Å), line width (Fe xii 193.51 Å), and temperature diagnostics (Fe viii 185.21 Å, Fe x 184.54 Å, Fe xi 188.22 Å, and Fe xii 193.51 Å). We find a good agreement between the forward modeling parameters and the inverted results at the initial eruption stage of a coronal mass ejection, indicating the robustness of the decomposition method and its immense potential for global monitoring of the solar corona.