空间中心研究人员对行星际高能粒子能谱的研究取得进展

[ 录入者:zhangms | 时间:2015-07-20 11:46:34 | 作者: | 来源:国家空间科学中心网站 | 浏览:2050次 ]

当太阳活动剧烈,特别是有耀斑或者日冕物质抛射产生时,经常能够在行星际空间观测到高能粒子通量的增加,这一现象被称为高能粒子事件。根据不同高能粒子事件 的持续时间,可以大致将其分为脉冲型和缓变型两类事件。其中,缓变型事件持续时间相对较长(可达数天甚至一个月),并且强度大,经常是由日冕物质抛射所驱 动的激波持续加速所产生。

处在行星际不同 经度,不同纬度,和不同径向距离的多卫星的联合观测,经常发现在缓变型事件中高能粒子的能谱有两个重要的规律:1.在高能粒子通量的上升期,处在不同位置 的卫星观测到的粒子通量有时相差几个量级(见图1中的时段A)。但是到了衰退期,不同卫星看到的粒子通量只有2-3倍的差距(见图1中的时段B)。2.不 同能段的高能粒子通量以几乎相同的速度衰减(见图2)。这两个现象被统称为高能粒子谱随着时间和空间的不变性。以前,国际上 McKibben, Roelof,Reames,以及Lario等学者认为是行星际的传播效应是导致谱不变性发生的原因。近日,空间天气学国家重点实验室汪洋助理研究员和秦刚研究员利用数值模拟,研究了激波加速的高能粒子在三维行星际的传播过程,给出了缓变型事件中高能粒子谱不变性的发生条件。该研究表明,太阳风膨胀引起高 能粒子能量的损失(所谓的绝热冷却效应),是导致谱随着时间的不变性发生的原因。而激波加速强度的变化,绝热冷却效应,粒子沿着磁力线和垂直于磁力线的扩 散是导致谱随空间不变的原因。

该研究不仅在数值模拟中重 现了高能粒子谱的不变性,而且还提出了激波加速强度的变化是决定谱的不变性是否能够发生的重要因素,而这一重要因素长久以来被相关学者所忽视。该研究结果 已发表在美国天体物理学报(Astrophysical Journal),并将推动人们对高能粒子能谱变化过程的进一步认识。

相关链接:http://iopscience.iop.org/0004-637X/806/2/252/article 

引用:Y. Wang, and G. Qin (2015), Simulations of the spatial and temporal invariance in the spectra of gradual solar energetic particle events, Astrophys. J., 806, 252, doi:10.1088/0004-637X/806/2/252

(供稿:天气室)

图1:上图显示的是处在黄道面1 AU处,不同经度的三颗卫星所看到的5 MeV质子通量随着时间的变化(数值模拟结果)。垂线表示激波通过1 AU的时刻。下图显示的是在时段A和B,处在不同经度的三颗卫星观测到的粒子能谱分布。

图2:图中显示的是处在黄道面1 AU处,不同经度的卫星所看到5 MeV - 80 MeV质子的相对通量随着时间的变化(数值模拟结果)。垂线表示激波通过1 AU的时刻。

 

 

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