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空間中心科研人員在太陽風暴研究取得新進展

文章來源: | 發布時間:2019-10-17 | 【打印】【關閉】

  太陽風暴(CME)及其激波的行星際傳播、以及傳播特征如何影響地磁暴的產生和強度是空間天氣研究和預報的重要環節。近期,劉潁研究員團隊在此研究方向取得了新進展。

  1. 太陽風暴行星際傳播統計分析

  太陽風暴及其激波在日地空間的傳播已有相對廣泛的研究,但1 AU以外的傳播工作則較少。劉潁研究員團隊結合日冕儀成像、行星際II型射電暴、多點太陽風就地觀測,從統計角度分析了快速CME在日地空間及1 AU以外行星際傳播演化特征。

  圖一:CME行星際傳播參數相關關系。(a)激波初速度與減速率;(b)激波減速率與減速時間;(c)激波初速度與減速時間;(d)激波減速距離與減速時間;(e)激波減速距離與減速率;(f)激波初速度與減速距離。

  此次工作集中分析第23太陽活動周的伴隨有持續長時間行星際II型射電暴觀測的快CME事件(速度大于1000 km/s)。我們首先詳細分析了每個事件的傳播。通過比對在太陽附近的初速度及其在地球和Ulysses衛星處的激波速度,發現它們在到達1 AU之前已完成主要減速,之后緩慢減速至Ulysses衛星。我們使用劉潁等人(2017)提出的不含有任何自由參數的簡易解析模型來量化各個CME的運動學參數。該模型假設主要減速過程發生在1AU之內,減速率為常數,之后以近常速傳播。每個事件的傳播輪廓與其行星際II型射電暴觀測基本符合,并且當把距離延長至Ulysses衛星時(1.45至5.34 AU不等),發現這個解析模型能夠較好地追蹤CME在行星際空間的傳播。我們進一步從統計角度給出相關運動學參數之間的關系(圖1)。發現初速度越大的CME,減速率越大,減速時間反而越短;所有事件的主要減速距離均在0.6 AU之內,驗證了快速CME的主要減速過程在到達地球之前已完成。

  以上工作以長文形式發表在The Astrophysical Journal上(19頁),第一作者為研究生趙曉威。審稿人評價:“The paper is well written and organized and I have no major issues. I do not need to see it again before publication.”

  2. 弱CME引起強地磁暴研究

  弱CME如何產生強地磁暴至今仍不明確。2018年8月20日爆發了一個很弱的CME事件,卻產生了第24太陽活動周第三大地磁暴(Dst指數為-174 nT)。磁暴期間,在挪威探測到的地面感應電流超出正常水平10倍多。

  劉潁團隊結合多種衛星數據和方法,對此弱CME從日冕到1 AU的整個傳播過程進行了追蹤和分析。研究發現,此CME是由一個寧靜區暗條的緩慢爆發產生,其產生的微弱耀斑持續時間竟然長達24小時!CME隨后進入快慢太陽風之間的壓縮區,其膨脹被抑制,致使其內部磁場增強。研究還揭示,CME的磁流繩在低日冕和行星際空間中都發生了旋轉,并且傾斜角度傾向于和當地的日球層電流片相一致(圖2)。當CME到達地球時,其內部的增強磁場以及南向的磁流繩軸向磁場造成了意想不到的強烈地磁暴(圖3)。此項研究表明,即使在較弱的太陽活動周,慢速CME與快速太陽風相互作用仍然可以產生很強的地磁效應。

  以上工作發表于The Astrophysical Journal,第一作者為研究生陳沖。審稿人評價: “The paper addresses an interesting topic”, “My congratulation for a very interesting paper”。

  圖二:磁流繩方向與日冕(上)、1 AU處(下)的日球層電流片比較。

  圖三:地球附近太陽風觀測數據及Dst指數。紅線為預報到達地球的時間。

  Citations:

  Xiaowei Zhao, Ying D. Liu*, Huidong Hu, and Rui Wang, Quantifying the Propagation of Fast Coronal Mass Ejections from the Sun to Interplanetary Space by Combining Remote Sensing and Multi-point In Situ Observations, 2019, The Astrophysical Journal, 882, 122

  (https://doi.org/10.3847/1538-4357/ab379b)

  Chong Chen, Ying D. Liu*, Rui Wang, Xiaowei Zhao, Huidong Hu, and Bei Zhu, Characteristics of a Gradual Filament Eruption and Subsequent CME Propagation in Relation to a Strong Geomagnetic Storm, 2019, The Astrophysical Journal, 884, 90 (https://doi.org/10.3847/1538-4357/ab3f36)

    (供稿:天氣室)

 

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