《行星際太陽風質子平行加熱和垂直加熱的觀測研究》是依託北京大學，由何建森擔任負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：行星際太陽風質子平行加熱和垂直加熱的觀測研究
- 項目負責人：何建森
- 項目類別：面上項目
- 依託單位：北京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
太陽風質子在日球層中膨脹的非絕熱加熱過程一直不清楚，成為空間物理學的一個難題，並且圍繞這個問題引起了關於波動散射和結構能量耗散兩類加熱機制誰占主導的熱議。對這個問題認識困難的歷史原因在於：缺乏有效的波模診斷方法、沒有很好的區分大振幅波動和間歇結構、缺乏高時間解析度的質子速度分布、無法綜合分析波動/結構特徵和粒子動力學行為。近期我們在動力學波模診斷、間歇結構統計分類、高動態的質子速度相空間密度函式等方面取得了相應的研究進展。我們計畫在本項目中進行如下三方面的研究：（1）有效區分慣性區、耗散區湍流中的波動和結構；（2）系統研究湍流中不同類型、不同振幅的波動所伴隨的質子動力學行為；（3）深入剖析不同類型、不同拓撲形態間歇結構所對應的質子平行加熱和垂直加熱現象。綜合上述的研究，提出太陽風質子在行星際湍流中加熱的較完整的圖像，從而為行星際太陽風加熱機制這一難題和爭議的解決提供至關重要的參考依據。
結題摘要
項目組針對計畫書所提的三個研究目標（即（1）區分慣性區、耗散區湍流中的波動和結構；（2）研究湍流中不同類型、不同振幅的波動所伴隨的質子動力學行為；（3）剖析不同類型、不同拓撲形態間歇結構所對應的質子平行加熱和垂直加熱現象）開展了系統的研究工作。所取得研究成果陳述如下：（1）從湍動中有效的區分間歇結構和波動，發現間歇結構去除後，多階結構函式的各向異性變得不明顯了，說明間歇結構也是各向異性的，其垂直尺度小於平行尺度。通過層析反演得到Elasasser變數的功率譜在二維波矢空間中的分布，揭示：主變數對應傾斜外傳的阿爾芬擾動，而次變數則是低頻的準垂直擾動或結構。建立三維磁流體力學模型，成功模擬多尺度壓力平衡結構在帶阿爾芬波動性的可壓縮湍流中的形成過程。針對動力學尺度（從離子尺度到亞電子尺度）湍動，提出寬頻段的波模分解方法，發現從離子尺度到亞電子尺度的波模是多元的：依次是動力學阿爾芬波、準平行傳播的哨聲波、和離子聲波。（2）建立日冕準周期可壓縮波動+間歇束流的動力學模型，解釋日冕光譜成像觀測到的輻射擾動傳播的現象，為“光譜輪廓的紅-藍不對稱性與都卜勒速度存在1/4周期的相位差”給出了理論上的解釋。提出了能量轉換率譜在波數空間的計算公式，並將其套用到空間電漿湍動的耗散診斷中，首次觀測給出了離子迴旋波的耗散率譜的輪廓，而且比較了平行和垂直的耗散率譜，發現垂直耗散率譜占主導，說明湍動能量耗散主要用來垂直加熱電漿。（3）建立了一個統一定量描述太陽風湍動慣性區和耗散區的間歇特徵的模型，為慣性區的多分形和耗散區的單分形找到了原因和解釋。觀測揭示太陽風磁重聯出流區的兩步能量轉換機制：（a）平行加熱太陽風質子和電子；（b）激發阿爾芬波、增強阿爾芬湍動。本項目針對研究問題，在理論建模、資料分析方法、數值模擬方面均有所建樹和創新，發表第一作者/通訊作者SCI論文19篇，兩次被期刊雜誌推薦為“研究亮點”成果。
