空間中心在太陽風暴行星際傳播研究方面取得新進展

　　日冕物質拋射（CME）也叫太陽風暴，是空間天氣效應的主要驅動者。研究太陽風暴在整個日地空間的傳播規律具有至少兩方面的意義：有助于提高空間天氣預報（如到達地球的時間和速度等）；有助于理解其行星際傳播和跟日球層相互作用的物理機制。中國科學院國家空間科學中心空間天氣學國家重點實驗室劉潁、胡會東、王赤等人近期結合STEREO寬視場成像、太陽風觀測和重構研究了慢日冕物質拋射事件在日地空間的傳播規律。該工作是劉潁等人在2013年關于快日冕物質拋射日地空間傳播研究的后續工作。這兩個工作以長文形式分別發表于The Astrophysical Journal、The Astrophysical Journal Supplement。

　　該研究集中于慢日冕物質拋射事件（速度小于400 km/s），并跟快事件（速度大于1000 km/s）和中等速度事件（速度介于兩者之間）做了比較。利用自主的三角測量法，發現慢事件日地空間傳播表現為二相規律：先緩慢加速至20-30太陽半徑，然后基本上以背景太陽風速度傳播（約400 km/s），這跟快事件的三相傳播形成對比（脈沖加速相、快速減速相和近常速傳播相）。由此推斷，慢事件主要由背景太陽風前向拖曳加速，當加速至背景太陽風速度時便跟背景太陽風一起運動，而快事件則主要由Lorenz力加速。不同速度的事件之間的比較揭示（見下圖），CME速度越大，加速和減速越快，加速和減速的距離越短。目前流行的CME減速拖曳模型（drag based model）可能無法解釋上述減速現象，主要原因在于沒有考慮CME激波對減速的貢獻。該比較也表明中等速度事件和慢事件在到達1 AU之前最終速度跟背景太陽風一樣，這一發現有助于空間天氣預報：可以采用太陽風的平均速度來作為那些事件到達地球的速度；而對于慢事件，只要知道它們到達25太陽半徑的時間和速度便可預報到達地球的時間和速度（因為25太陽半徑后速度基本不變）。上述預報不需借助任何模型。

　　研究同時發現，慢事件雖然速度小，但能以獨特的方式增強空間天氣效應。因其在日地空間傳播時間長，與其他太陽風結構相互作用的概率較大，從而可在行星際空間提供南向磁場和種子粒子以供進一步處理。太陽風觀測和重構表明，慢事件一般內部磁場較弱，磁流繩的軸向保持為垂直于太陽徑向方向，這些結果可能跟慢事件的起源有關。太陽源區累積的能量不足以達到具有強磁場和高速度的爆發事件，并由此推斷，慢事件可能更多是日冕緩慢演化的結果，有別于其他瞬時災變爆發現象。另外，本次研究也澄清了有關三角測量法的一些認知，并建議了一個所謂的“最佳”實施方案。

　　論文信息:

　　1. Liu,Y. D., Hu, H., Wang, C., et al., On Sun-to-Earth Propagation of Coronal Mass Ejections: II. Slow Events and Comparison with Others, 2016,ApJS, 222, 23.

　　2. Liu et al., On Sun-to-Earth Propagation of Coronal Mass Ejections, 2013, ApJ, 769, 45.