人类首次观测到“行星际激波”

<正>近日,美国宇航局(NASA)的一组航天器终于观测到了科学家搜寻多年的一个现象:行星际激波。据了解,NASA通过"磁层多尺度任务"项目(MMS)观测地球周围的磁环境。该项目依靠4枚相同的航天器合作绘制正在发生的空间现象。在该项研究中,科学家剖析了2018年1月在磁场中发生的这个特别有趣的现象——行星际激波,即不断从太阳流出的带电     

耀斑引起的行星际激波传播特征的三维益面

在日地关系的研究中,耀斑引起的行星际激波(以下简称耀斑-激波)在日地空间的传播是人们十分关注的课题之一。多年来由于空间飞船测量局限在黄道面附近,诸如激波的形状、传播的方向特征和减速等基本问题是了解得很不够的。然而这些问题对于研究太阳耀斑活动事件,对地球物理环境的变化却具有头等的重要性。本世纪七十年代中期由于行星际闪烁技术的发展,人们开始尝试利用这种IPS观测来研究黄道面以外空间耀斑-激波的传播特性。Pinter     

高经度处Ⅲ型爆发源同行星际磁场线的关系

一、引言 近几年,太阳射电观测技术发展如此之快,以至于能在空间测量出0.03至1AU(2MHz—30KHz)处的Ⅲ型爆发源位置。在这方面的先驱工作者是Dulk等人。1980—1981年,他们用ISEE-3飞船上的射电天文接收机成功地测量出120个Ⅲ型爆发源的位置,从而得出了行星际磁场线的纬度分布,见图1。     

太阳风速度的混沌现象

随着非线性动力系统理论的发展,分形理论已成为研究自然界复杂现象的一个有力工具.分形在空间尺度上存在的标度不变性,同样可以在时间尺度上存在.一些作者已应用此法研究了太阳黑子数和地球变化磁场等太阳和空间参量的分维和混沌特征.对于太阳和地球之间的广阔区域,太阳风速度是描述行星际空间动力学的重要参数.本文的目的就是试图利用由行星际闪烁(IPS)观测得到的太阳风速度资料,探讨行星际空间系统的分维和混沌性质.     

内磁层中行星际激波激发的超低频波对“杀手”电子和能量离子的快速加速

辐射带中的能量电子与离子是首要的空间天气威胁. 理解这些粒子如何在辐射带中被 加速是空间物理学的主要挑战之一. 本文总结了行星际激波在内磁层激发的超低频(ULF)波 对“杀手”电子与能量离子的快速加速的最新进展. 甚低频(VLF)波-粒子相互作用被认为是电 子加速的主要机制之一, 这是因为电子回旋共振容易在VLF 波频率范围内发生. 最近, 运用4 颗Cluster 卫星的观测, 发现在行星际激波作用于地球磁层之后, 辐射带中的能量电子几乎立 即被加速, 并且加速过程持续数小时. 传统的加速机制是基于VLF 波粒相互作用加速电子至 相对论能量, 时间尺度长达数天, 因而无法解释我们的观测. 进一步发现行星际激波或太阳 风压强脉冲, 与更加小的动压变化, 对辐射带动力学起到无法忽视的作用. 行星际激波与地 球磁层相互作用会产生许多重要的空间物理学现象, 包括能量粒子加速. 由行星际激波作用 引起的辐射带能量电子的快速加速的机制包括3 个组成部分: (1) 由与激波相关的磁场剧烈压 缩引起的初始绝热加速; (2) 与不同L 壳层被激发的极向模ULF 波造成漂移-共振加速; (3) 与 ULF 波相关的快速衰减的电场引起的粒子加速. 粒子最终会获得净加速, 因为它们在上半个 周期获得的能量多于在下半个周期损失的能量. 本文得到的结果对理解在地球Van Allen 辐 射带中的能量粒子加速有了新的认识, 同样也可以被应用于行星际激波与其他行星的相互作 用, 例如水星、木星、土星、天王星和海王星, 以及其他有磁场存在的天体.     

2000年7月14日与2003年10月28日太阳质子事件的观测比较分析

对2000年7月14日(巴士底事件)与2003年10月28日的太阳质子事件进行了对比分析, 尽管2003年10月28日太阳质子事件的峰值流量比巴士底事件的高, 但行星际观测到, 巴士底事件能量大于10和30 MeV质子的最大强度都高于2003年10月28日相应能量的最大强度. 进一步的研究表明, 巴士底事件CME驱动的激波在2000年7月14日12:00~17:00UT时间段内, 可被加速到能量大于10和30 MeV的种子粒子的数量远比2003年10月28日12:00~17:00UT期间的多. 巴士底事件CME的高度达到约14R_⊙高度时, 其驱动激波加速能量大于100 MeV高能质子的能力达到最大, 而2003年10月28日的CME在约58 R_⊙高度时其驱动激波加速100 MeV质子的能力达到最大, 此时能量大于100 MeV的通量在155 pfu左右, 比巴士底事件能量超过100 MeV高能质子的峰值通量355 pfu要低得多, 说明巴士底事件可被加速到100 MeV以上能量的种子粒子的数量比2003年10月28日的多. 太阳质子事件的峰值流量不仅取决于行星际太阳高能质子的强度, 还取决于CME驱动的行星际激波的速度和太阳风中可被加速的粒子数以及行星际的磁环境. 伴随2003年10月28日ICME在行星际形成的磁鞘捕获了大量的高能质子, 其中含能量超过100 MeV的高能质子.     

关于太阳风中大尺度涡旋波的几点注记

赤道面上行星际磁场的扇形结构曾被解释为太阳本体磁场向行星际空间的延伸。最近,我们从太阳的偶极子基本磁场出发,证明扇形结构可能是由随太阳共旋的大尺度涡旋波引起的,提出了一种解释行星际磁场扇形结构的新模型。然而,在具体的分析中采用了某些过份     

行星际激波能量与电离层暴的相关研究

电离层会受到外部能源的扰动,与扫过地球的行星际激波相伴随的电离层暴便是一个明显的例子。由于从行星际到电离层的一系列耦合过程十分复杂,究竟电离层暴参量与相应激波的参量之间存在何种联系,至今尚缺乏认识.为了探讨这一问题,本文分析了1966～1976这11年间卫星在地球轨道附近探测到的行星际激波的资料和同期满洲里的电离层f_0F_2资料,新的结果表明,伴随行星际激波发生的电离层暴均具有相似的形态,其变化幅度与相应激波前后的动能密度跃变正相关,而激波所携带的行星际磁场的方向对此相关关系起着调制作用。     

运用一维流体太阳风模型预报行星际激波到达时间

基于一维流体太阳风模型, 建立了一个行星际激波扰动传播模型(1D-HD模型), 用来预报行星际激波到达时间. 利用1997年2月到2000年10月间的68个激波事件, 对激波到达地球轨道附近的传播时间进行了预测, 并将结果与STOA, ISPM以及HAFv.2模型所得结果进行了比较. 1D-HD模型给出的相对误差<10%的事件占31%, <30%的事件占75%, <50%的事件占84%. 与STOA, ISPM和HAFv.2模型相比, 对于相同的样本事件来说, 1D-HD模型给出的误差都不大于其他模型, 从而显示了该模型在空间天气实时预报中所具有的潜力.     

MSRT系统工作模式的新发展: 一维日像仪和行星际闪烁望远镜

介绍了北京天文台米波综合孔射电望远镜（MSRT）新发展的工作模式：太阳一维日像仪和行星际闪烁（interplanetary scintillation,IPS)望远镜,简述了两种新工艺模式的科学目标、硬软件配置及系统功能,并给出了观测太阳米波爆发和IPS的实例。实测结果表明：这两种新工作模式不仅可以提供太阳活动空间及时间演化的信息,而且可追踪监测太阳活动引起的行星际等离子体激波的传播、空间分布及电离层不稳定性等,两者构成了填补部分前沿空白的新设施。     

激波中费密加速的时间演化效应(Ⅱ)

在行星际空间中,不少激波是爆发过程的产物。因此,伴随激波而发生的加速过程,必然会有一个时间演化效应。这个效应的反映之一是被加速粒子的能谱是随着时间变化的。已经有越来越多的观测事例说明这一点。例如,从太阳Ⅳ型射电爆的频谱,周爱华等分析发现耀斑后加速电子的能谱指数是随时间而变化的;在太阳的X射线爆中亦可以看到类似的现象。另一方面,已有不少文章分析表明,激波中的费密加速机制是激波中高能量粒子加速     

背景及扰动太阳风的太阳周变化——超声及无量纲参数

在日球空间宁静及扰动期间观测到的太阳风基本参数、粒子及能量密度和流密度具有不同的太阳周变化。其中,宁静日太阳风速度V、温度T、行星际磁场总强度B的年均值有明显的双峰太阳周变化,峰值出现在黑子极大年(1968)和冕洞极大年(1974)。但是扰动日年均     

中国科学院国家天文台太阳物理研究20年

中国科学院国家天文台自2001年成立以来,汇集了与太阳物理有关的创新研究队伍和观测基地,是我国规模最大的太阳物理研究群体,拥有理论研究、观测分析和设备研制等综合优势. 20年来,国家天文台成功运行着多通道太阳磁场望远镜和太阳射电宽带动态频谱仪等世界一流的观测设备,研制了全日面太阳光学和磁场监测系统及明安图射电频谱日像仪(Mingantu Spectral Radioheliograph, MUSER)等新一代观测设备,正在研制中红外太阳磁场精确测量观测系统(accurate solar infrared magnetic measuring system, AIMS)、我国首个空间太阳望远镜ASO-S(Advanced Space-based Solar Observatory)的有效载荷全日面磁场望远镜(full-disk magnetograph, FMG)、米波-十米波射电频谱日像仪和行星际闪烁射电望远镜等新设备.本文着重回顾近20年国家天文台研究人员取得的一系列开拓性研究成果或亮点研究进展,进一步展望未来我国太阳物理界将主要在太阳磁场、太阳射电和深空太阳探测方面进行的重点突破,推动在太阳和日地物理中解决科学难题,包括太阳磁场与太阳周的起源、日冕加热、太阳爆发起源及其对日地空间环境的作用和影响等.     

太阳——地球物理学和它的未来

太阳—地球物理学是从研究太阳对大气层的电磁辐射和粒子辐射作用以及研究地球磁场而发展起来的。太阳—地球物理学最初研究电离层、磁暴、极光和太阳的闪光。目前,太阳—地球物理学包括许多发生在太阳大气中的现象,导致物质和能量经行星际空间向地球转移的复杂过程。众所周知,在电离层变化的各种类型与在行星际空间中太阳的起源过程是紧密相关的。类似的依赖关系表现在地球上的天气条件的变化。可惜,太阳—地球物理学不包括气象学。然而,人们还是研     

太阳质子的上升时间、等效扩散系数和平均自由程

扩散系数K或者平均自由程λ是讨论宇宙线传播特性的重要物理参数。根据粒子在行星际空间传播的模型,分析太阳宇宙线事件资料,所求出的等效扩散系数或平均自由程,往往远大于根据粒子在随机场中散射的理论分析行星际磁场功率谱所定出的系数(称之为JC系数)。这种分歧的原因尚未得到合理的解释。我们曾经初步地讨论过这个问题。鉴于在     

我国日地科学的进展

日地科学是研究太阳的能量、动量和质量如何经过行星际空间、地球磁层、电离层和中性大气而影响地球环境的科学。它有时也称为日地物理、日地关系、日地研究等。日地科学涉及太阳物理、行星际物理、磁层物理、电离层物理、热层及大气物理和化学,以及地球科学的有关领域,它更着重于研究日地系统不同区域之间的相互关联,以及这种关联的因果关系。目前的探测水平使人们更多地侧重于相邻区域之间的耦合过程。 在公元前1500年不迟于商代就已记载了最先看到的太阳黑子。我国史书中丰富的太阳     

外太空可能比想象中明亮

近日,美国天文学家利用"新视野号"探测器(曾探访冥王星)上的摄像机测量了行星际空间的黑暗程度.他们发现,在距离太阳约64.4亿千米、远离明亮行星以及行星际尘埃散射光线的空旷太空,其亮度是预计的2倍左右.对此,最有可能的解释是,与模型显示相比,有更多亮度非常微弱的星系或星团提供了宇宙背景光.或者,甚至可能是其他星系中心的...     

耀斑-激波在日球子午面内的传播特征

一、引言 近太阳空间,同耀斑一类日冕瞬变过程相联系的高速等离子体物质和背景介质之间是否存在重要的动力学相互作用过程,是了解日地系统能量传输过程的关键问题之一,具有初边值的意义,该问题于70年代中期提出,由于空间观测的局限,一直进展甚微,近几年来,我国一些研究工作发现,耀斑-激波在于午面内的传播,将由于双极冕洞磁场位形(近太阳为盔形)     

耀斑激波的各向异性传播

对飞船观测和行星际闪烁记录的分析表明,耀斑激波的最快传播方向偏离耀斑法线:在赤道面内朝东偏转,在子午面内偏向日球电流片.即便扣除背景太阳风的对流效应,上述非对称传播特征仍然存在.可是,迄今对日球赤道面内耀斑激波的数值模拟给出的最快激波传播方向几乎与耀斑法线平行,与观测结果相左.本文将证明,适当修改下边界的激波引入方式,可以获得最快传播方向东偏之结果. 既然耀斑源区随太阳自转,采用共转坐标系比较方便.在该坐标系中,日球赤道面内的理想 MHD二维平面流动满足如下方程:     

太阳爆发的结构和机制研讨会在南京成功召开

正太阳爆发活动是指太阳大气中磁场的剧烈变化引起的各类等离子体加热、加速和辐射增强现象,主要表现形式为日冕物质抛射和太阳耀斑,前者可抛射出巨量的磁化等离子体至行星际空间;后者可在短时间内释放出大量的高能粒子与辐射.它们是导致日地空间灾害性天气事件的重要源头.太阳爆发的研究涉及到多个重要的科学问题,包括磁