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金星轨道附近观测到的行星际激波

行星际激波是在太阳风中普遍存在的等离子体和磁场结构。长期以来,行星际激波的研究主要聚焦在1AU附近的前向快激波,而对于其他日地距离处的激波特征仍不够明确。近日,日地空间物理探测与研究团队利用金星快车观测资料对金星附近的行星际激波进行了分析,建立了金星附近行星际激波的事件列表,该工作进一步加深了对金星附近行星际激波性质的认识,也为进一步研究激波在行星际空间传播演化规律等提供了基础。

行星际空间中的激波是不同速度的等离子流相互作用的结果。当相互作用的等离子体流之间的速度差大于信息向外传播的特征速度时,耗散过程引起的波动会逐渐变陡,进而发展成激波。前向快激波的观测特征表现磁场强度以及等离子体密度、速度和温度的急剧增加。本工作根据金星快车的磁场观测数据,建立了20062014年间金星附近(0.72AU)的激波列表,总共包含143个前向激波事件。图120110318日金星快车在0.72AU处记录到的一个前向快激波,随后STEREO-A也在0.95AU处观测到了该事件。

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图1.金星快车和STEREO-A观测到的前向快激波事件。从上到下分别是金星快车观测的磁场强度(a)和VSO坐标系下磁场三个分量(b),STEREO-A观测的磁场强度(c)、VSO坐标系下磁场三个分量(d)、太阳风速度(e)、质子密度(f),质子温度(g),热压磁压比(h)。

通过对这些激波事件进行统计分析,我们研究了金星处行星际激波的局地特征。金星附近激波的数量呈现出明显的太阳周期性变化,在太阳活动高年激波数量更多,其与太阳黑子数之间的相关系数为0.87(图2)。而激波的磁压缩比和激波角并不随太阳黑子数的变化而表现出明显的差异。金星附近激波的磁压缩比在1.0 ~ 4.5之间呈单峰分布,平均值为2.1,激波角在10°~ 80°之间分布均匀,平均值为45°(图3)。与1 AU处观测到的激波相比,1 AU处的前向激波普遍较0.72 AU处更弱,且1 AU处的激波角更垂直。

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图2.2006至2014年间激波个数与激波参数年均值的变化情况。(a)激波个数,(b)激波角,(c)磁压缩比。黑色的线为每年观测到的太阳黑子数。

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     图3.激波参数分布。(a)激波角,(b)磁压缩比。

根据激波后方24小时内出现的结构,将激波分为识别到行星际日冕物质抛射(ICME)驱动源的激波和未识别到ICME驱动源的激波。对比这两类激波的参数,发现他们在激波强度和激波角方面没有显著差异。

需要说明的是,由于观测的限制,该工作只使用了磁场探测数据认证激波,其可能存在一定的误差。在以后的工作中,将结合其他位置以及其他类型的观测数据进行进一步的分析。 

上述研究成果以“Interplanetary Shock Candidates Observed at Venus’s Orbit”为题发表于国际权威学术期刊The Astrophysical Journal 上。论文通讯作者是申成龙教授,第一作者是博士研究生王粲。该成果获得了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(4200414341822405417741814177417841904151)等项目支持。

论文信息:Can Wang, Mengjiao XuChenglong ShenYutian Chi, and Yuming Wang. 2021, The Astrophysical Journal912, 85. https://doi.org/10.3847/1538-4357/abee7b.









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