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太阳风暴粒子加速与能量传输研究取得新进展

太阳风暴粒子加速与能量幸运28传输研究取得新进展

  近期,中国科学院新疆天文台光学室副研究员王新与合作者通过粒子模拟方法,在双激波相互作用的研究中取得重要进展。相关研究成果已发表在《天体物理学杂志》(ApJ,2017,842,74)上。

  扩散激波加速理论自20世纪70年代末兴起并发展,已经广泛应用于各类天体激波环境。虽然理论和模拟上均能够反映激波的单幂率能谱特征,并能合理地解释宇宙线高能粒子的加速过程,但面对激波能谱的“折断”问题,理论上至今仍不能给出合理的解释。

  该项研究提出了空间双激波的碰撞改变了激波的单一能量谱的传播形式,导致了“折断”的双幂率谱特征;揭示了激波如何加速高能粒子和能量传输的微观机理,并论证了激波相互作用与激波能谱“折断”之间的关系,解决了长期困扰的太阳宇宙线能谱“折断”的疑难问题。该研究将为空间天气预报模型准确预测太阳高能粒子流量提供重要依据。

  王新自2011年发展了动态蒙特卡洛粒子模型以来,对扩散激波的模拟研究取得了一系列进展。此研究是继2013年提出扩散激波粒子注入率主导激波能量耗散的相关理论之后,再次取得的成果。研究工作是2015年4月至10月在美国亚利桑那大学访问期间,与月球与行星科学实验室副主任Joe 幸运28Giacalone合作,并基于亚利桑那大学超算中心提供的服务完成的。国家留学基金委和新疆自治区自然科学基金给予了支持。

  1 代表双激波相互作用的示意图,左边为日冕物质抛射(CME)驱动激波,右边为地球附近的弓激波。两者相互靠近并发生碰撞。图中左侧的蓝色与紫色分界面为CME驱动激波波面,右侧的蓝色与绿色分界面为地球弓激波波面,双界面之间区域为激波相互幸运28 作用区。

  2 蓝色实线代表观测得到的2016-Dec-13激波能谱曲线,质子能谱表现为“折断”特征,其“折断”位置处于3.5MeV附近。红色实线代表通过双激波模拟得到的激波能谱曲线,其能谱形状与观测有较好的一致性,表现为相似的能谱“折断”特征,且其“折断”位置处于5.5MeV附近。