耀斑粒子加速的數值研究

《耀斑粒子加速的數值研究》是依託中國科學技術大學，由王水擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：耀斑粒子加速的數值研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王水
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

耀斑是太陽大氣中十分重要的爆發現象，現在一般認為它是由於儲存在日冕磁場中的自由能突然釋放所引起的。理論、模擬、觀測和實驗結果表明，磁場重聯是耀斑期間能量轉換的主要過程。為了研究耀斑離子的加速，本項目將發展一套全球混合模擬程式，討論磁場重 聯期間電磁場的演化以及離子的運動軌道和加速。套用混合模擬，粒子模擬和試驗粒子方法，分析各種機制（重聯電場加速、湍動隨機加速、終端激波加速等）對離子和電子加速的作用。結合混合模擬和試驗電子模擬方法研究耀斑電子加速。聯合全球和區域的模擬結果，希望能了解耀斑爆發過程中粒子加速的整體圖象。

結題摘要

磁場重聯是耀斑粒子加速的重要機制。套用數值模擬（粒子模擬和混合模擬）方法，研究了磁場重聯過程中帶電粒子加速和加熱，以及低頻波與帶電粒子的相互作用。粒子模擬結果表明，平行電場和Fermi機制對電子加速起主要作用；高能電子呈現為冪律譜分布。隨著電子能量的增加，平行電場和Fermi機制的加速效率更高。磁場重聯中電子加速是一種多步的過程。粒子模擬結果還表明，低頻波動將通過波波相互作用改變波動的性質，進而通過波粒相互作用將能量傳輸給帶電粒子，導致粒子加速和加熱。混合模擬結果表明，激波鋒面處的波紋是準平行激波的內在結構。通過追蹤激波上游離子的軌跡，發現上游離子比較容易通過波紋的上部分傳輸，且相應的下游整體速度也比較大，可形成高速噴流。混合模擬結果還表明，具有非相干譜的平行傳播Alfvén波的參量不穩定性能導致He2+加熱。存在平行波數的磁聲波可以在垂直和平行方向上有效地加熱冷電子，而冷質子僅在垂直方向上被加熱。試圖將三維全球混合模擬程式推廣套用到太陽大氣，由於太陽大氣與地球磁層之間非常大的差別，這方面的工作遇到困難。在試圖了解耀斑帶電粒子加速過程的整體圖像方面，未能取得進展。