慢太阳风中典型结构的研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) | 被引量 : 2次 | 上传用户:jinlu2010
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慢太阳风是背景太阳风的重要组成部分,而背景太阳风又是空间天气研究中的热点和难点。因此,研究慢太阳风的起源及演化过程等具有重要的科学意义和应用价值。本文利用多卫星观测结果,通过事例分析和统计研究,并结合相关模型结果,对慢太阳风中的典型结构进行了深入细致的研究。1,日球层等离子体片的分布特征及本质日球层等离子体片、日球层电流片以及真扇区边界是慢太阳风中的重要结构,它们与慢太阳风的起源及演化过程等息息相关。虽然这些典型结构已经被研究多年,但是日球层等离子体片相对日球层电流片的分布特征,以及日球层等离子体片是否为静态结构等问题仍然存在争议。根据日球层电流片与真扇区边界的相对位置,前人把日球层电流片划分为五种类型,我们发现其中两类为理想日球层电流片。而这些理想日球层电流片可以进一步用于研究日球层等离子体片的分布特征。因此,我们首先统计了STEREO两颗卫星观测到的37组日球层电流片,并将它们划分类型。在挑选出理想日球层电流片之后,我们分析了日球层等离子体片相对日球层电流片的分布特征。结果显示,日球层等离子体片不仅可以包围日球层电流片,还可以领先于和落后于日球层电流片,甚至在有些事例里并没有日球层等离子体片出现在日球层电流片附近。随后,我们利用两颗卫星的联合观测结果,挑选出10对事例进行进一步研究。我们发现,在大部分事例中,日球层等离子体片和日球层电流片都保持了相似的类型。并且,日球层等离子体片的观测时间差与预测时间差也吻合的很好。这表明日球层等离子体片应该是静态结构。2,日球层电流片和流界面重合的研究通常来讲,日球层电流片被慢太阳风所包围,而流界面是慢太阳风与快太阳风之间的分界面。观测表明,在1 AU附近,日球层电流片一般领先于流界面数小时被卫星探测到。因此,日球层电流片与流界面的重合表明它们中间的慢太阳风全部消失了,这对研究慢太阳风的演化过程具有重要意义。利用STEREO卫星的高精度数据,我们首次在1 AU附近报道了一个特殊的日球层电流片和流界面重合的事例。在这个事例里,日球层电流片不仅和流界面重合,还与真扇区边界分离达6个小时之久。结合日冕白光图以及wsa的模型结果,我们确认该事例发生的源区有一个伪冕流结构的存在。据此,我们推测盔冕流与伪冕流之间的交换重联过程可能主导了该特殊事例的形成。此外,为了更深入的了解日球层电流片和流界面重合事例的特征,我们对2007–2010年期间的9个事例进行了分析。分析结果表明,根据日球层电流片的类型以及热流消退现象的存在与否,日球层电流片和流界面重合的事例大致可以分为三类,而每一类型的事例可能具有不同的形成机制。利用多卫星联合分析,我们发现只有2个重合事例同时被多颗卫星观测到,这表明日球层电流片和流界面的重合通常是不稳定的结构。结合pfss的模型结果与遥测结果,我们还发现伪冕流结构只出现在部分重合事例的源区里。通过分析,我们认为交换重联和伪冕流对日球层电流片和流界面的重合具有一定的作用。3,小尺度磁流绳的研究小尺度磁流绳是慢太阳风的一个来源,然而它们的源区及形成机制仍然存在争议。我们首先利用1au的观测数据,报道了一个被弯折磁力线束缚住的并且具有平滑磁场旋转的小尺度磁流绳事例。这种小尺度磁流绳被认为是交换重联过程的产物,对研究小尺度磁流绳起源机制具有重要意义。结合多卫星联合观测结果,我们发现该小尺度磁流绳与附近的日球层等离子体片具有相似的等离子体特征、阿尔法粒子相对质子的丰度比以及重离子成分信息,即它们具有相似的起源。因此,综合弯折磁力线的特殊磁场位形及成分信息等,我们认为该小尺度磁流绳是通过交换重联过程从盔冕流的闭合磁力线区域释放的,并给出了相应的示意图。此外,根据观测和拟合结果,我们发现小尺度磁流绳的大小及其空间位形是导致它们错过部分卫星的原因。随后,为了探究小尺度磁流绳的起源机制等,我们重点研究了小尺度磁流绳内铁离子平均电荷量(q<fe>)的分布特征。结合大尺度磁流绳的最新研究成果,我们分析了1998–2005年期间的24个小尺度磁流绳事例。我们发现小尺度磁流绳内q<fe>的分布类型主要有b~e这四种类型,而缺少a型事例。因此,针对不同起源的小尺度磁流绳,我们做了相应的分析。针对起源于太阳日冕的小尺度磁流绳来说,它们的磁流绳结构大多是在爆发过程中逐渐形成的。而起源于行星际空间的小尺度磁流绳则可能牵涉到比较复杂的磁场重联过程,从而形成复杂的q<fe>分布特征。本文的创新点主要有:·更广泛的将慢太阳风中的典型结构(日球层等离子体片、日球层电流片、真扇区边界、流界面以及小尺度磁流绳等)联系起来进行研究,可以更系统的分析慢太阳风的起源及演化过程;·利用多卫星联合观测,实现对慢太阳风的多点探测,可以更好地探究慢太阳风的特征及演化规律;·事例分析与统计研究相结合,可以更全面的分析慢太阳风中典型结构的性质。
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