作者:何宏青等 来源:TAJSS 发布时间:2015/9/25 8:20:34
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发现日球层太阳高能粒子的经度非对称分布

 

太阳高能粒子(SEPs)由太阳剧烈爆发活动(比如耀斑、日冕物质抛射)产生并在日地空间中传播,单个粒子能量最高可达GeV量级,对在太空中作业的宇航员和卫星上的电子元器件均能构成严重危害。因此,太阳高能粒子成为影响日地空间环境和空间天气的重要因素。为规避和减轻它对人类空间探测活动以及生产生活的影响,深入了解高能粒子在日地空间中的传播过程及其效应变得十分重要。

太阳高能粒子在太阳表面释放出来以后,将在充满磁湍流的行星际空间中扩散与传播,主要包括平行扩散、垂直扩散、绝热冷却、绝热磁聚焦以及太阳风对流等基础物理机制。这些物理机制以非线性方式耦合在一起,加之复杂多变的行星际磁场条件,深入理解太阳高能粒子在行星际空间的传播过程成为一项极具挑战性的课题。随着国际上若干飞船相继升空,定量预测和解释各飞船的高能粒子观测现象成为该领域的国际研究热点。

中国科学院地质与地球物理研究所地磁与空间物理研究室副研究员何宏青和研究员万卫星通过对高能粒子多维聚焦传播方程开展了一系列数值模拟研究,系统发现了太阳高能粒子在日球层的“相对经度”东-西非对称分布现象,即观测者的磁力线足点与高能粒子源区之间的日面经度距离相同时,源自东边源区的太阳高能粒子强度大于源自西边源区的太阳高能粒子强度,太阳高能粒子峰值强度亦具有相同规律。多个典型粒子能量段的数值模拟研究均证实了该发现。因此,对于日球层同一空间位置处,源自磁足点东边源区的高能粒子辐射剂量势必大于源自磁足点西边源区的高能粒子辐射剂量。

太阳高能粒子事件从太阳表面或附近触发以后,能否被行星际空间或地球附近的飞船观测到,一般取决于该事件到达飞船位置时的粒子通量强度,强度越大,越易于被发现;强度越弱,越易于被错失。因此,该研究喻示源自磁足点东边源区的太阳高能粒子事件易于被飞船发现,并且易于到达地球附近并影响近地空间环境和空间天气。进一步的理论分析表明,太阳高能粒子事件的“相对经度”非对称分布现象归因于行星际磁场东-西非对称结构及垂直扩散对高能粒子传播过程的重要作用。该项研究对于深入理解日地联系具有重要价值,对于空间天气预报具有重要意义。该研究成果在第33届国际宇宙射线大会上报告后,引起了国际同行的广泛关注和兴趣,目前国际上已有相关跟踪研究。

该研究成果近期发表在国际天文期刊The Astrophysical Journal Supplement Series上(He et al. Numerical Study of the Longitudinally Asymmetric Distribution of Solar Energetic Particles in the Heliosphere. The Astrophysical Journal Supplement Series, 2015, 218(2): 17, doi:10.1088/0067-0049/218/2/17)。(来源:中科院地质与地球物理研究所 )

 
 
 
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