日冕物质抛射在内日球层的传播特征研究

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 : 4次 | 上传用户:asxy7777
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空间天气对人类现代经济社会有重要影响。日冕物质抛射(CME;在行星际空间传播时也称ICME)是影响空间天气的重要因素之一。本文利用位于多个位置的多个探测器的遥感观测与太阳风就地测量数据,研究CME在内日球层的传播过程,包括CME速度、相关Ⅱ型射电暴、磁流绳结构、传播方向以及形态演化。研究这些过程对于认识CME的空间天气效应具有重要意义。基于STEREO、MESSENGER以及Wind等探测器的遥感观测和就地测量数据,利用三角测量方法和Grad-Shafranov磁流绳重构等方法,作者分析了 2012年7月12日爆发的一个引起了地磁暴的快速CME。结论如下:(1)该CME在到达1天文单位(au)之前,经历了脉冲式加速、急剧减速和缓慢减速三个过程。急剧减速过程结束于CME到达水星公转轨道(~0.4 au)之前。该发现与前人认为的快速CME会持续匀减速至0.76 au的结论不同,CME运动学模型可能需要考虑这一点;(2)相关的Ⅱ型射电暴可能来源于CME驱动的激波与附近冕流相互作用产生的高密度区域,或者来自高度相对较低的激波侧面。这个结果说明仅仅单一依据Ⅱ型射电暴得到的CME运动学可能会有很大的不确定性;(3)该CME磁流绳结构的轴向在地球附近显著向南倾斜,并且与日面源区磁中性线的倾角一致。CME磁流绳轴向磁场的强度约是环绕轴向的磁场的两倍,因而产生地磁暴的南向磁场主要来自该CME磁流绳的轴向分量。该发现表明同时确定磁流绳的轴向朝向和各磁场分量的大小对预报CME引起的地磁活动具有关键作用。本文还研究了 2010年9月4日产生的一个速度较低的CME。该CME的磁流绳可能连接着位于爆发源区西侧的两个活动区AR 11101与AR 11103。使用势场源表面(Potential-FieldSource-Surface,PFSS)磁场外推模型、三角测量和渐变圆柱壳(Graduated Cylindrical Shell,GCS)模型拟合方法,作者分析了 SDO、STEREO、SOHO、VEX与Wind等探测器的遥感观测和就地测量数据,并得到以下主要结果:(1)来自爆发源区西侧的两个活动区的磁压使该CME在低日冕的传播方向向东偏转。该CME可能与另一个抛射发生了相互作用,导致其在行星际空间的传播方向继续向东偏转。这两个过程使该CME到达了在爆发源区以东~90°的VEX (金星)。该结果表明确定CME的传播方向时可能需要同时考虑爆发源区附近的磁场配置和相继爆发的其他CME; (2)三角测量方法得到的CME到达VEX和Wind的时间与探测器就地测量的到达时间基本相符。该结果说明,三角测量方法假设的与太阳相接的圆形可以部分描述CME东侧前沿在内日球层的形状。虽然VEX离太阳更近,但是就地测量和三角测量方法的结果都显示CME到达VEX的时间并不早于到达Wind的时间。这些发现说明同时确定CME的传播方向和前沿的形状,对确定CME的到达时间具有重要意义;(3)该ICME在径向受到了压缩同时在经度方向被明显地延展,导致其磁流绳在黄道面内的横截面具有很大的横向尺度。本文的创新点和特色是:(1)作者使用两个探测器的立体宽视场成像确定了 CME从日冕到行星际空间(~1au)的传播速度的演化和方向的偏转,确认了快速CME的减速过程比前人提出的更快;(2)多探测器的立体成像观测与多位置的太阳风就地测量的比较限定了 CME在内日球层的运动学和形态;(3)作者采用多种方法分析了多个探测器的多种观测数据,揭示了 CME源区的环境磁场配置对CME传播方向的影响,并提出了确定Ⅱ型射电暴辐射源区关键信息的新方法。
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