太陽風源區磁重聯激發波動和加速粒子的研究

《太陽風源區磁重聯激發波動和加速粒子的研究》是依託北京大學，由塗傳詒擔任負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：太陽風源區磁重聯激發波動和加速粒子的研究
• 項目負責人：塗傳詒
• 項目類別：重點項目
• 依託單位：北京大學

項目摘要

太陽風高速流中的阿爾芬湍流和超熱粒子為太陽風加速加熱提供了重要的能量，但是其產生機制尚未清楚。阿爾芬波和超熱粒子大都沿太陽風磁流管傳播，也應該是在太陽風源區產生的。Tu et al.(Science，2005)提出的磁重聯驅動太陽風起源的新概念引起學術界的廣泛關注和引用。我們的模擬表明超米粒對流驅動的磁重聯確實能為太陽風初始外流提供所需的物質。本項目將通過觀測分析和數值模擬研究太陽風源區磁重聯對波動的激發和粒子的加速。(1)我們將診斷激發產生的波模成分、研究波動能量占磁重聯能量轉換的比例；(2)考察上傳波動的波模轉換和反射下傳混合形成湍流，評估能量耗散對初始太陽風的加熱作用；(3)將揭示不同種類粒子在色球磁重聯中的加速過程，進一步模擬粒子加速後沿開放膨脹磁場逃逸並受波動湍流散射的過程。基於本研究，磁重聯驅動太陽風起源的新圖像將得到完善，行星際中波動湍流和超熱粒子來源的研究將獲得突破性進展。

結題摘要

背景： 磁重聯和波湍動被認為是太陽風起源的兩個關鍵供能機制。但是磁重聯和波湍動在太陽風中是如何耗散供能一直未解。 內容： 本項目著眼於如下問題：磁重聯如何驅動太陽風的初始外流？磁重聯能否激發波動進行遠距離長時間供能？磁重聯能否產生行星際空間的超熱電子？波湍動里怎樣形成有利於磁重聯的電流/間斷面結構？這些電流/間斷面結構處的加熱效應如何？間斷面結構在統計上如何影響湍流的各向異性特徵？ 結果： （一）模擬指出源區磁重聯能有效激發波動上傳和並加速粒子流出或逃逸。（1.1）水平對流的閉合磁圈能與網路交匯處的開放場發生磁重聯，為開放場提供初始加速和加熱的太陽風初始外流；（1.2）色球磁重聯能驅動產生源區色球海葵狀噴流和慢激波，並且發現磁重聯激發的慢激波無明顯抬升過渡區；（1.3）高磁雷諾數的日冕磁重聯能有次級磁島的不穩定性，導致磁島間歇撞擊開放場同時激發三種磁流體力學波；（1.4）太陽風源區的磁重聯電場能有效加速產生逃逸超熱電子，形成行星際空間看到的暈外電子。（二）模擬和觀測報告了波湍動演化中能形成有利於磁重聯的電流片/切向間斷面，並且能導致有效的加熱並改變湍流的各向異性特徵。（2.1）發現旋轉間斷面是由於阿爾芬波的陡化產生，而湍流中磁力線管的擠壓及分離導致切向間斷面的形成和瓦解；（2.2）發現切向間斷面可引起垂直和平行溫度的明顯增加，而旋轉間斷面則沒有，且切向間斷面的個數要遠少於旋轉間斷面；（2.3）發現多尺度壓力平衡結構可在磁流體湍流中形成，其產生機制可有斜傳慢波驅動。（2.4）發現去除間歇後垂直譜變陡，各向異性減弱。（2.5）發現多尺度壓力平衡結構的產生機制可與斜傳慢波在阿爾芬湍流中的被動垂直串級有關。 意義： 研究成果給出了太陽風源區中的磁重聯能量轉換的豐富過程，為太陽風源區的遙感診斷提供理論依據。研究成果給出了阿爾芬性波湍動能自洽形成有利於磁重聯的間斷面間歇性結構，加深了對湍動間歇本質及其效應的認識。