空間中心在太陽風(fēng)暴行星際傳播研究方面取得新進展

　　日冕物質(zhì)拋射（CME）也叫太陽風(fēng)暴，是空間天氣效應(yīng)的主要驅(qū)動者。研究太陽風(fēng)暴在整個日地空間的傳播規(guī)律具有至少兩方面的意義：有助于提高空間天氣預(yù)報（如到達地球的時間和速度等）；有助于理解其行星際傳播和跟日球?qū)酉嗷プ饔玫奈锢頇C制。中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心空間天氣學(xué)國家重點實驗室劉潁、胡會東、王赤等人近期結(jié)合STEREO寬視場成像、太陽風(fēng)觀測和重構(gòu)研究了慢日冕物質(zhì)拋射事件在日地空間的傳播規(guī)律。該工作是劉潁等人在2013年關(guān)于快日冕物質(zhì)拋射日地空間傳播研究的后續(xù)工作。這兩個工作以長文形式分別發(fā)表于The Astrophysical Journal、The Astrophysical Journal Supplement。

　　該研究集中于慢日冕物質(zhì)拋射事件（速度小于400 km/s），并跟快事件（速度大于1000 km/s）和中等速度事件（速度介于兩者之間）做了比較。利用自主的三角測量法，發(fā)現(xiàn)慢事件日地空間傳播表現(xiàn)為二相規(guī)律：先緩慢加速至20-30太陽半徑，然后基本上以背景太陽風(fēng)速度傳播（約400 km/s），這跟快事件的三相傳播形成對比（脈沖加速相、快速減速相和近常速傳播相）。由此推斷，慢事件主要由背景太陽風(fēng)前向拖曳加速，當(dāng)加速至背景太陽風(fēng)速度時便跟背景太陽風(fēng)一起運動，而快事件則主要由Lorenz力加速。不同速度的事件之間的比較揭示（見下圖），CME速度越大，加速和減速越快，加速和減速的距離越短。目前流行的CME減速拖曳模型（drag based model）可能無法解釋上述減速現(xiàn)象，主要原因在于沒有考慮CME激波對減速的貢獻。該比較也表明中等速度事件和慢事件在到達1 AU之前最終速度跟背景太陽風(fēng)一樣，這一發(fā)現(xiàn)有助于空間天氣預(yù)報：可以采用太陽風(fēng)的平均速度來作為那些事件到達地球的速度；而對于慢事件，只要知道它們到達25太陽半徑的時間和速度便可預(yù)報到達地球的時間和速度（因為25太陽半徑后速度基本不變）。上述預(yù)報不需借助任何模型。

　　研究同時發(fā)現(xiàn)，慢事件雖然速度小，但能以獨特的方式增強空間天氣效應(yīng)。因其在日地空間傳播時間長，與其他太陽風(fēng)結(jié)構(gòu)相互作用的概率較大，從而可在行星際空間提供南向磁場和種子粒子以供進一步處理。太陽風(fēng)觀測和重構(gòu)表明，慢事件一般內(nèi)部磁場較弱，磁流繩的軸向保持為垂直于太陽徑向方向，這些結(jié)果可能跟慢事件的起源有關(guān)。太陽源區(qū)累積的能量不足以達到具有強磁場和高速度的爆發(fā)事件，并由此推斷，慢事件可能更多是日冕緩慢演化的結(jié)果，有別于其他瞬時災(zāi)變爆發(fā)現(xiàn)象。另外，本次研究也澄清了有關(guān)三角測量法的一些認知，并建議了一個所謂的“最佳”實施方案。

　　論文信息:  

　　1. Liu,Y. D., Hu, H., Wang, C., et al., On Sun-to-Earth Propagation of Coronal Mass Ejections: II. Slow Events and Comparison with Others, 2016,ApJS, 222, 23.

　　2. Liu et al., On Sun-to-Earth Propagation of Coronal Mass Ejections, 2013, ApJ, 769, 45.