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日冕物质抛射事件在行星际中的传播过程研究取得新进展

日冕物质抛射是太阳大气中最剧烈的爆发现象之一,也是灾害性空间天气最重要的驱动源。通常对地的日冕物质抛射事件在其爆发后的3-5天内可以到达地球,其携带的磁场和等离子结构将与地球磁层发生一系列相互作用,进而可能对地球附近的航天器、电路传输系统、卫星通讯等高技术系统造成严重影响。因此,有效、准确的对日冕物质抛射到达地球的时间进行提前预报,将有效的减少灾害性空间天气造成的损失。

日冕物质抛射在行星际传播过程中,其自身可能会发生偏转、旋转或形变等,这些过程会影响对其到达地球时间预报的准确性。STEREO卫星搭载的日球层成像仪数据可以提供日冕物质抛射在行星际传播过程中的形态、方向、速度、加速度等重要信息。因此,充分利用日球层成像仪的观测数据,获取日冕物质抛射的径向结构和动力学特征,将极大的提高日冕物质抛射到达地球时间预报的准确性。

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1:日球层成像仪中呈现双前沿结构的日冕物质抛射事件。

如图1所示,日冕物质抛射事件在日球层成像仪中可能呈现结构形状相似的双前沿结构,但受投影效应、汤姆逊散射、低时间分辨率等多种因素的影响,其形成的原因还存在许多争论。2019年,Scott教授首次提出双前沿结构是由日冕物质抛射的同一结构的不同位置在投影效应的作用下所形成的,两个前沿分别对应于日冕物质抛射的切向边缘和运动前沿,当这两者之间的夹角足够大时,就可以在日球层成像仪中形成明显的双前沿结构,并建立了‘Ghost Front 模型来追踪日冕物质抛射在行星际中的传播过程。

在最近的工作中,团队成员迟雨田博士等人(2020)利用‘Ghost Front’模型对2012613-14日爆发的两个对地日冕物质抛射事件进行了研究,发现这两个日冕物质抛射事件在日球层成像仪中都呈现出结构形态相似的双前沿结构。利用‘Ghost Front’模型对日冕物质抛射事件的角宽度进行估算,发现与GCS模型基于SOHOSTEREO卫星日冕仪观测数据得到的结果一致。

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2:2012615STEREO-A/B、金星快车、Wind卫星的位置和日冕物质抛射事件的传播方向。

在这两个日冕物质抛射的传播过程中,金星恰巧位于日地连线附近,与日地连线的夹角约为5度,因此这两个日冕物质抛射事件也可能会对金星的行星际环境造成影响。利用200511月发射升空的金星快车卫星(Venus Express)磁场探测数据,可以判定日冕物质抛射到达金星的时间。在该工作中,Chi等人将模型预测的到达时间与金星和地球附近的局地数据观测到的到达时间进行对比,可以发现在金星附近两者仅相差0.5小时,在地球附近相差约为2.5小时。

本项研究是利用日球层成像仪的观测数据和‘Ghost Front’模型,对2012613-14日爆发的两个呈现双前沿结构的日冕物质抛射事件在行星际中的传播过程进行了详细的分析,并较准确的预测了其到达金星和地球的时间,为日冕物质抛射在日球层成像仪中呈现的多前沿现象提出了新的可能机制。

上述成果近期发表在国际权威学术期刊The Astrophysical Journal 上(Chi et al ., 2020),研究受到中国科学院战略性先导科技专项(XDB41030100)、国家自然科学基金项目(41904151, 41822405, 41774181)等项目支持。论文第一作者为迟雨田博士,申成龙教授和英国雷丁大学的Chris Scott 教授为共同通讯作者。

 

全文链接:

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/aba95a







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