地质地球所在太阳高能粒子平均自由程研究方面

作者: 教育  发布:2019-01-17

  太阳高能粒子(SEP)又称为太阳宇宙线,是由太阳偶尔喷发出来的高能带电粒子,最高可达GeV量级的能量。太阳高能粒子对于在太空中作业的宇航员和卫星上的电子元器件均构成严重甚至致命的危害,成为影响日地空间环境和空间天气的一个重要因素。为了规避或减轻太阳高能粒子对人类空间探测活动和生产生活的影响,深入了解太阳高能粒子在行星际空间中的传播过程和扩散机制是十分重要的。平均自由程是空间物理学中研究太阳高能粒子在日球层传播过程的一个非常重要的参数,尤其是在空间天气学的预报研究中。为了得到太阳高能粒子平均自由程,一般采用数值模拟方法,但这种方法需要大量计算资源,非常耗时与低效。

  中科院地质与地球物理研究所地磁与空间物理研究室博士后何宏青与合作导师万卫星研究员建立了一种确定太阳高能粒子带绝热聚焦作用平行平均自由程的直接解析方法。该方法可表征为一个关于太阳高能粒子和太阳风相关物理性质的复合函数,所需各种物理参量均可由卫星在太阳高能粒子到达前直接观测获得。因此,该方法可直接、快速确定脉冲型和缓变型事件中太阳高能粒子带绝热聚焦作用平行平均自由程和径向平均自由程,为预测和预报太阳高能粒子事件在行星际空间中的传播和演化过程提供了一种新的思路,在空间天气预报研究中将是一个非常有用的工具,在空间天气预报实践中具有重要的应用价值和广泛的应用前景。作为该方法的直接应用,他们还阐明了太阳高能粒子平行平均自由程与各个相关物理参量之间的内在联系,并揭示了磁场绝热聚焦作用对太阳高能粒子在行星际空间中扩散和传播过程的影响。

  图1:太阳高能粒子平行平均自由程与日心径向距离之间的关系。其中,实线和点线分别表示对于各向同性形式的投掷角扩散系数,有、无绝热聚焦作用的太阳高能粒子平行平均自由程;虚线和点虚线分别表示对于准线性形式的投掷角扩散系数,有、无绝热聚焦作用的太阳高能粒子平行平均自由程。(图2同)

  图2:太阳高能粒子平行平均自由程与粒子刚度之间的关系。直接方法所得结果与经典的观测结果Palmer一致带(阴影部分)符合较好。

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