Can IBEX Identify Variations in the Galactic Environment of the Sun using Energetic Neutral Atom (ENAs)?
星际边界探测器(IBEX)航天器正在提供星际中性\HI \原子与日光层太阳风之间的电荷交换产生的高能中性原子(ENA)的第一张全天空地图,以及日光层边界区域的拾取离子。目前围绕日光层的星际云的“边缘”在逆风方向延伸不到0.1 pc,终止于未知的距离,这表明在IBEX卫星的寿命期间日光层的外边界条件可能会发生变化。使用合理的值为未来的外部日光层边界条件,ENA通量预测的一个可能的来源ENA来自外部的日球顶。ENA生产模拟使用三维MHD等离子体模型的日光层,其中包括中性粒子的动力学描述和离子的洛伦兹分布。基于这个ENA生产模型,它表明,IBEX 1.1千电子伏的天空图的灵敏度是足够的,以检测ENA通量的变化,预计伴随着太阳过渡到下一个逆风云。大约20%的IBEX 1.1 keV像素似乎能够检测到$ 3 σ$水平的预测模型差异,这些像素集中在条带区域。无论详细的ENA生产模型,成功的模拟\BdotR \方向再现丝带轨迹,与我们的结果一起,表明丝带现象的痕迹的变化,在日光层的扭曲所造成的星际磁场和气体成分的相对压力。
2010-11-22 astro-ph.SR
Understanding the IBEX ribbon using the kinetic model of pickup proton transport in a scatter-free limit
本文提出动力学模型模拟IBEX带状结构,基于无散射极限拾取质子输运,考虑IHS的ENA,定性再现观测并在低日纬定量一致,高日纬低估归因于忽略太阳风非稳态。
2025-05-12 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Spherical Harmonic Representation of Energetic Neutral Atom Flux Components Observed by IBEX
本文提出用球谐函数表示IBEX全天ENA通量图,从而在不依赖像素网格的情况下分离GDF与IBEX ribbon,并据此分析二者在太阳周期中的演化及空间尺度差异。
2023-04-21 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.space-ph
Spatial Confinement of the IBEX Ribbon: A Dominant Turbulence Mechanism
由星际边界探测器(IBEX)航天器观测到的增强的高能中性原子流的窄带状物引发了许多解释其结构和性质的想法。其中一个想法是“中性太阳风“方案,该方案将源粒子确定为源自太阳风电荷交换相互作用的本地星际介质中的拾取质子。这种情况一直被认为需要不切实际的弱俯仰角散射的拾取质子来解释狭窄的结构。最近,Schwadron & McComas(2013)提出,这种结构可能是由于拾取质子的空间保留,而不是由于受限的俯仰角分布。在这里,我们提出了一个物理动机,定量机制,以产生这样的空间配置。这种机制是基于“主导湍流”的假设,它可以适用于新的拾取质子的生产是缓慢的,并已被用来成功地解释在外部太阳风中观察到的湍流加热水平。该形式主义预测了拾取各向同性化过程,该过程根据拾取质子的初始俯仰角从环境湍流波动中添加或减去能量。我们表明,这个过程的一个简单的模型可以产生一个带状结构的定性协议的意见。这个简单的模型的结果还没有定量令人满意,但我们提出了几个改进,可能会减少定量的差异。
2014-04-08 astro-ph.SR physics.space-ph
Seven Years of Imaging the Global Heliosphere with IBEX
星际边界探测器(IBEX)已经在太空运行了7年,并返回了几乎连续的观测结果,这些观测结果导致了科学发现,并重塑了我们对外部日光层及其与本地星际介质相互作用的整个理解。在这里,我们扩展了先前的工作,首次添加了2014-2015年的数据,并检查,验证,初步分析,并提供了一套完整的7年高能中性原子(ENA)观测数据,从~0.1到6 keV。这里提供的数据、地图和文档代表了IBEX数据的第10次主要发布,包括对各种先前更正的改进,为当前版本的IBEX数据提供可引用的参考。我们现在能够研究超过半个太阳周期的外日光层和星际相互作用的时间变化。我们发现,丝带的演变与全球分布通量(GDF)不同,由于太阳风输出平坦化和恢复,从GDF的ENA的平稳和部分恢复。带状物现在也失去了它的纬度顺序,这反映了太阳最小太阳风条件的崩溃,并表现出比周围GDF更大的时间延迟。总之,IBEX观测强烈支持带状物的二级ENA来源,我们建议将其作为带状物未来的名义解释。
2017-04-20 astro-ph.SR physics.space-ph
Toward interpreting the IBEX ribbon with mirror diffusion in interstellar turbulent magnetic fields
本研究利用旅行者号观测的极局地星际介质MHD湍流数据,提出镜向扩散机制可解释IBEX带高能中性原子增强现象,明确带宽的影响因素,并得出湍流注入尺度小于约500au的结论。
2023-10-09 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Local Interstellar Hydrogen's Disappearance at 1 Au: Four Years of IBEX in the Rising Solar Cycle
美国宇航局的星际边界探测器(IBEX)任务最近通过对中性原子进行成像,打开了一扇关于星际介质(ISM)的新窗口。天空中一个“明亮”的特征是流入太阳系的星际风。ISM由恒星爆炸的残余物以及原始气体和等离子体组成,绝不是均匀的。当地ISM与太阳风的相互作用塑造了我们的日光层环境,氢是当地ISM的主要成分。在本文中,我们报告的直接采样的中性氢的本地ISM超过四年的IBEX观测。在过去四年中,随着太阳活动的增加,在1天文单位观测到的氢风已经减少,几乎消失; 2012年,1天文单位的信号下降了约8倍,接近背景水平。纵向偏移也随着时间的推移而增加,可能是由于更大的辐射压力使星际风偏转。我们目前的纵向和纬度到达方向测量的散装流量测量超过四年开始在近太阳能最低条件。我们观察到的H分布在1 AU预计是不同的,由于电离,光子压力,重力和过滤与日光层等离子体人口的相互作用,从太阳层顶外。这些观测结果为全球日光层相互作用的建模提供了重要的基准。基于这些观测结果,我们建议采取进一步的科学行动,用IBEX在整个太阳周期内观测中性氢。
2013-06-16 astro-ph.SR
Interstellar neutral helium in the heliosphere from IBEX observations. IV. Flow vector, Mach number, and abundance of the Warm Breeze
通过McComas等人2015 b总结的协调分析,我们最近以高精度获得了原始星际中性(ISN)He的速度矢量和温度,我们分析了IBEX观测到的中性He。这些观测数据是在2010- 2014年ISN观测季节收集的,覆盖了地球轨道上暖风持续存在的区域。我们使用了与ISN He分析相同的模拟模型和非常相似的参数拟合方法。我们近似的父母人口的暖风在前面的日光层与均匀麦克斯韦-玻尔兹曼分布函数,并发现温度为$\sim 9\,500$ K,流入速度为11.3公里秒$^{-1}$,和流入的经度和纬度在J2000黄道坐标$251.6^\circ$,$12.0^\circ$。相对于星际中性He的暖风丰度为5.7%,马赫数为1.97。新发现的暖风的流入方向,ISN H和ISN He的流入方向,以及IBEX带中心的方向几乎完全共面,并且这个平面在相对较窄的统计不确定性内与仅适合ISN He,ISN H和暖风流入方向的平面重合。这种共面性支持了这样一种假设,即暖风是ISN He的次级粒子群,并且带的中心与当地星际磁场的方向一致。ISN气体流入方向、ISN H、暖风和局部星际磁场的共同平面包括太阳,并由法线方向给出:J2000坐标中的黄道经度$349.7^\circ \pm 0.6^\circ$和纬度$35.7^\circ \pm 0.6^\circ$,相关系数为0.85。
2016-03-05 astro-ph.SR
Correcting the record on the analysis of IBEX and STEREO data regarding variations in the neutral interstellar wind
太阳在太空中的旅程使太阳系穿过一个动态的星际环境,目前的特征是日光层和周围的星际介质之间的马赫数为1的运动。由于太阳风和星际湍流的变化,日球层和ISM之间的相互作用是一个不断发展的过程。Frisch等人对流经日光层的星际风的历史数据进行了元分析,并得出结论,风的黄道经度的时间变化在统计学上由当时参考文献中的数据表示。Lallement和Bertaux不同意这一结果,并提出,例如,IBEX-Lo的一个关键仪器响应函数是不正确的,STEREO拾取离子数据不适合诊断星际中性粒子通过日光层的流动。在这里,我们表明,通过日光层的星际风的时间变化是一致的,与我们的知识本地ISM。历史氦风数据的统计分析被重新审视,并在文献中的印刷错误的最近更正被纳入新的适合。经过这种修正,并且不包括更新的IBEX结果,这些合并的数据仍然表明,在过去的40年里,星际中性风经度的变化在统计上是可能的,但是,恒定的流动经度在统计上也是可能的。结果表明,IBEX仪器响应函数是已知的,并且STEREO拾取离子数据已被正确地用于此分析。
2015-03-01 astro-ph.GA astro-ph.SR
IBEX Observations of Elastic Scattering of Interstellar Helium by Solar Wind Particles
本研究通过分析IBEX-Lo的星际氦观测数据,发现太阳风质子对初级氦的弹性散射可解释第24太阳活动周次级氦观测与模拟的系统性偏差,校正后1AU处中性星际氦密度需上调约10%。
2024-09-18 astro-ph.GA astro-ph.SR
Heliosphere for a wide range of interstellar magnetic field strengths as a source of energetic neutral atoms
IBEX对日光层起源的高能中性原子(ENA)的观测与基于日光层模型的预期不同。有人提出,日光层的结构可能类似于Parker在1961年导出的强星际磁场情况下的“双流”模型。使用MHD模拟,我们研究了可能的结构的日光层的星际磁场强度的范围很广,不同的选择星际介质和太阳风参数。对于模型日球,我们计算了日鞘内产生的ENA通量,并与IBEX观测结果进行了比较。我们发现,在强星际场($\sim$ 20 $μ$ G)下,模型日球中的等离子体流具有“双流”结构,直到$\sim$ 5 $μ$ G时仍可见.得到的ENA通量分布显示出与IBEX观测到的“裂尾”效应相似的特征。在我们的模型中,这种效应的主要原因是两个组成部分(快速和缓慢)的太阳风结构。
2015-07-02 astro-ph.SR
Modulation of neutral interstellar He, Ne, O in the heliosphere. Survival probabilities and abundances at IBEX
通过星际边界探测器(IBEX)直接对中性星际(NIS)原子进行采样,可能为研究本地星际云中的元素丰度和日光层界面中的过程提供补充方法。{We为IBEX对NIS He、Ne和O的测量结果进行以丰度为目标的深入分析奠定基础,并确定各种计算方法得出的丰度之间的系统差异及其不确定性。利用NIS原子在日球层中电离率的模型,基于对太阳风和太阳EUV辐射的独立测量,我们发展了一种计算NIS原子从太阳风的终端激波(TS)到IBEX的存活概率的含时方法。用它们计算了这些物种沿地球轨道的密度,并模拟了IBEX观测到的NIS物种的通量。我们在IBEX研究NIS物种的存活概率、密度和通量的成对比率,以计算用于推断TS丰度的校正因子。{The在低太阳活动期间,用解析方法计算的存活概率仅对He和Ne给出了可接受的结果。对于太阳活动周期的其余部分,以及O的所有时间,应该使用完全依赖于时间的模型。电子碰撞电离对NISO的重要性令人惊讶。使用时间依赖模型解释IBEX观测结果,得到$0.16\pm40%$的LIC Ne/O丰度。不确定性主要是由于电离速率和NIS气流矢量的不确定性。{The Ne/He、O/He和Ne/O比率的生存概率、局部密度和标度到TS的通量系统地不同,因此不建议仅基于生存概率或密度进行分析,除了在低太阳活动下观测的Ne/O丰度。
2013-07-17 astro-ph.IM astro-ph.SR
Heliospheric Energetic Neutral Atoms: Non-stationary Modeling and Comparison with IBEX-Hi data
自2008年以来,星际边界探测器(IBEX)一直在使用IBEX-Hi(0.3 - 6 keV)仪器测量高能中性原子(ENA)的通量。我们开发了一个计算氢ENAs全球分布通量(GDF)的数值程序,该程序采用了1)全球日球层的三维动力学MHD模型和2)从IBEX观测到的1 au到内日鞘(IHS)原点的原子轨迹重建。在模拟中的关键因素是一个详细的动力学考虑的拾取离子(PUI),超热组件的质子在日光层,这是“父母”的ENA和起源于该地区的超音速太阳风被挑选的日光层磁场。作为我们研究的结果,我们得出结论:(1)所开发的模型能够再现IBEX-Hi GDF图中看到的多瓣结构的几何形状,(2)GDF对IHS中PUI的速度分布函数的形式非常敏感,并且解释PUI的额外能量人口的存在对于解释数据至关重要,(3)尽管模型计算值与IBEX-Hi数据有较好的一致性,但仍存在一些定量差异。这些差异的可能原因进行了讨论。
2020-09-16 astro-ph.SR physics.space-ph
Signature of a heliotail organized by the solar magnetic field and the role of non-ideal processes in modeled IBEX ENA maps: a comparison of the BU and Moscow MHD models
高能中性原子(ENA)模型通常需要后处理程序来将等离子体和H原子的分布转换为ENA图。在这里,我们调查如何两个不同的动力学MHD模型的日光层(BU和莫斯科模型)表现在建模ENA地图使用相同的处方,以及它们如何比较与星际边界探测器(IBEX)的观测。这两种MHD模型都将太阳风视为质子的单离子等离子体,其中包括热太阳风离子、拾取离子(PUI)和电子。我们的ENA处方分区等离子体分为三个不同的离子种群(热太阳风,PUI传输和在终止冲击的能量)和麦克斯韦分布的人口模型。这两个动力学MHD日球模型产生的日尾与日鞘等离子体组织的太阳磁场成两个不同的南北柱,成为高质量流量的叶片向下流的日尾,虽然在BU模型的ISM流之间的两个叶片之间的距离在日尾大于300 AU。虽然我们的处方在IBEX-Hi能量范围(0.5 - 6 keV)为两种不同的等离子体和H原子溶液产生了类似的ENA图,但建模的ENA图需要~2的比例因子才能与数据一致。这个问题是存在于其他ENA模型与麦克斯韦近似的多个离子物种,并表明,一个更高的中性密度或一些加速的PUI在日鞘是必需的。
2021-10-26 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
On the Stability of the Interstellar Wind through the Solar System
作为最近一项研究的后续行动,我们对过去几十年来太阳系中星际氦流发生了重大变化的说法提出了质疑。我们认为,只有IBEX-Lo 2009-2010年的测量结果与旧的共识值不一致。然后,我们表明,声称的经度和速度的变化的概率是极不可能的(约1%),鉴于纬度的变化和(流速,流经度)关系的变化的情况下,而随机值将是预期的。最后,我们报告了其他独立的研究,这些研究显示了氦流和氢流在1996-2012年间的稳定性,与70年代早期对星际流的测定一致。
2014-09-29 astro-ph.SR
3D Anisotropy of Solar Wind Turbulence, Tubes, or Ribbons?
本文研究了太阳风中磁流体尺度的湍流磁涨落相对于局部磁场的各向异性。尽管分析方法允许非轴对称结构,但以前在快速太阳风中的测量获得了轴对称各向异性。这些结果可能是污染的风膨胀,引入另一个对称轴,即径向,最近的数值模拟表明。这些模拟还表明,虽然膨胀很强,但主要波动在垂直于径向方向的平面内。利用这一特性,我们将11年的风航天器数据分为两个子集,其特征在于强和弱的扩展,并确定相应的湍流各向异性。在强膨胀下,小尺度各向异性符合Goldreich & Sridhar临界平衡。在以前的作品中,当径向对称轴不被消除,湍流结构是场对准管。在弱膨胀下,我们发现了Boldyrev模型预测的三维各向异性,即湍流结构是带状而不是管状。然而,博尔迪列夫现象学的基础,即在小尺度上交叉螺旋度增加,在太阳风中没有观察到:带状形成的起源是未知的。
2019-01-30 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
The Confinement of the Heliosheath Plasma by the Solar Magnetic Field as Revealed by Energetic Neutral Atom Simulations
传统上,太阳磁场被认为在日光层的外部区域具有可忽略的影响。最近的工作表明,太阳磁场可能在日鞘等离子体准直中起着至关重要的作用。星际边界探测器(IBEX)对日尾的观测表明,它的纬向结构随高能中性原子(ENA)通量的能量而变化。在能量~1 keV时,ENA通量在低纬增强,在两极附近ENA出现亏损。在能量大于2.7 keV时,低纬地区的ENA通量出现亏损,两极附近出现较高的ENA通量。这种ENA结构最初被解释为太阳活动极小期期间太阳风的纬向廓线的结果。我们扩展了Kornbleuth等人的工作。(2018)通过使用类似太阳极小期的条件和最近开发的SHIELD模型。SHIELD模型将磁流体动力学(MHD)等离子体溶液与中性氢的动力学描述相耦合。我们发现,虽然在太阳极小期太阳风的纬度分布有助于ENA地图中的瓣,由太阳磁场的准直是重要的,在创建和塑造的两个高纬度瓣IBEX观察到的增强ENA通量。这是第一次研究太阳磁场强度变化对ENA图的影响。我们的研究结果表明,IBEX提供了第一个观测证据的准直日鞘等离子体的太阳磁场。
2020-05-13 astro-ph.SR physics.space-ph
The downwind hemisphere of the heliosphere: Eight years of IBEX-Lo observations
我们提出了一个全面的研究能量为10 eV至2.5 keV的中性原子(ENA)从顺风半球的日光层。这些ENA被认为主要来源于内日鞘中的拾取质子和太阳风质子。这项研究包括前8年内使用星际边界探测器进行的所有低能观测。由于质子约0.1千电子伏左右主导的等离子体压力的内日鞘在顺风方向,这些ENA观测提供了独特的机会,以限制等离子体的性质和尺寸的日鞘没有现场观测。我们首先推导出覆盖整个顺风半球的49个宏像素的ENA强度随时间平均的能谱。结果证实了以前的研究积分强度和翻转约0.1千电子伏的能量。通过扩展的数据集,我们现在发现ENA强度在0.2和0.1 keV似乎与太阳活动反相关。然后,我们推导出的产品的总等离子体压力和发射厚度的质子在日鞘内日鞘的厚度估计下限。时间上平均的ENA强度支持一个相当球形的终端激波和日鞘厚度之间的顺风半球的大部分地区的150和210 AU。在76°黄道下风向附近,日鞘厚度至少为280 au。在那里,中性氢的密度似乎比逆风方向减少了大约2倍。
2017-12-04 astro-ph.SR physics.space-ph
Spectral variations within solar flare ribbons
本研究利用瑞典1米太阳望远镜观测X9.3级耀斑,结合COCOPLOT软件识别出耀斑带内五类光谱子结构,为理解耀斑色球动力学和磁场结构提供了观测依据。
2024-05-17 astro-ph.SR
Time delay between outer heliosheath crossing and observation of interstellar neutral atoms
旅行者号航天器对日光层粒子群的现场测量只有在考虑到生产和观测时间之间的时间延迟的情况下,才能与1天文单位的高能和星际中性原子(分别为ENA和ISN)的遥感观测放在适当的背景下进行。ENA从日鞘中的生产区飞行的时间相对容易估计,因为这些原子遵循几乎恒定的速度,无力的轨道。对于ISN种群,动力学和弹道选择效应是重要的,飞行时间要长得多。我们估计这些时间的ISN的He和H原子观察到的IBEX和未来的IMAP使用WTPM模型与合成方法。我们表明,对于初级人口原子,飞行时间的顺序上的三个太阳周期期间,与传播相当于一个太阳周期。对于次级粒子群,飞行时间大约是十个太阳周期,在过去十年的观测中,IBEX收集了几乎整个19世纪OHS产生的次级He原子。ISN原子在旅行者号穿越时穿透太阳层顶,在计划的IMAP观测期间,将在2027年左右逐渐可见。在本地星际介质中ISN流的假设变化目前还无法检测到。尽管如此,我们预计稳态日光层模型与适当的平均太阳风参数使用,以适合理解ISN的观测。
2020-08-24 astro-ph.SR
Moving Towards Automated Interstellar Boundary Explorer Data Selection with LOTUS
本文提出了一个名为LOTUS的三阶段自动化数据筛选过程,利用随机森林模型对IBEX卫星的高能中性原子数据进行概率预测、时间窗口聚合和预测细化,以替代耗时且主观的手动标记方法,实验证明其能有效补充和标准化人工筛选流程。
2024-03-21 astro-ph.GA astro-ph.IM astro-ph.SR
Prediction for IMAP: Revealing the Role of the Solar Magnetic Field in the Heliotail
Boston University(波士顿大学)
通过MHD模拟对比有无太阳磁场,发现高速/低速太阳风轮廓主导低能ENA分布,而高能时太阳磁场准直效应显著,产生高纬度瓣,IMAP可验证该效应并探测深日尾形状。
2026-08-17 astro-ph.SR
Uncovering the magnetic environment of our solar system
自46亿年前形成以来,我们的太阳系很可能在穿过银河系的道路上穿过了许多不同大小和内容的磁化星际云和气泡。拥有一个关于日光层和星际风如何相互作用的参考模型对于理解我们当前的银河系环境至关重要,它需要解开两个主要参与者的角色:时变太阳风和局部星际磁场。数值模拟预测了太阳风各向异性和星际磁场方向引起的日球层变形。然而,将模型与深空探测器的测量结果进行比较,导致旅行者1号和旅行者2号的报告相互矛盾,既有太阳风终止激波的几次交叉,也有局部星际场的强度,数值范围从1.8到5.7 μG。在这里,我们表明,旅行者1号和2号等离子体,场和莱曼-α天空背景测量,以及太阳层起源的高能粒子的空间观测,都可以解释为一个相当弱的星际场2.2 +/- 0.1 μG指向银河系坐标(l,b)\sim(28,52)+/- 3°。对于2000纪元尤利西斯为基础的氦参数假设到目前为止,星际弓激波必须存在。相比之下,使用2010历元基于IBEX的He参数和更强的磁场导致与旅行者TS交叉不一致的等离子体配置。对于新提出的星际He参数,需要更多的模拟才能确定在这些假设下星际弓形激波是否真的消失。
2012-10-02 astro-ph.SR
Ionization Rate of Interstellar Neutral Helium from New Horizons/SWAP Observations
本研究利用New Horizons/SWAP在22–54 au处的氦拾取离子观测,发展考虑仪器响应的最大似然拟合方法,发现ISN氦光电离率比模型高43%,验证了IBEX结论。
2025-10-20 astro-ph.SR physics.space-ph
Solar parameters for modeling interplanetary background
设在瑞士伯尔尼的国际空间科学研究所紫外线辐射全在线数据中心工作组的目标是对各种紫外线和极紫外线日光层观测(包括光谱和光度观测)进行共同校准。要实现这一目标,就需要一个关于中性星际氢在日光层中空间分布的最新模型,为此,需要一个关于辐射压力和电离过程的可靠模型。本章描述了塑造中性星际氢在日光层中分布的太阳因素。给出了太阳莱曼α通量和太阳莱曼α共振辐射对日球层中性氢原子的压力、太阳极紫外辐射和日球层氢的光电离,以及它们随时间的演化和仍然假设的日纬度变化。此外,太阳风和它的演变与太阳活动的背景下的电荷交换电离的日光层氢,并在动态压力变化的背景下。给出了电子电离及其随时间、日纬度和太阳距离的变化。在回顾了所有这些主题之后,我们提出了一个临时模型的太阳风和其他太阳因子的基础上,最新的现场和遥感观测的太阳风。这项工作的成果将进一步用于改进太阳风演变模型,这将是所有日光层测量的宝贵资产,其中包括星际边界探测器对高能中性原子的观测。
2011-12-13 astro-ph.SR
A Predicted Small and Round Heliosphere
太阳风气泡在星际介质,即所谓的日光层中的形状,已经被探索了60多年。当太阳穿过周围部分电离的介质时,中性的氢原子穿透日光层,并通过与超音速太阳风的电荷交换,产生大量的热拾取离子(PUI)。旅行者2号(V2)穿越终端激波(TS)的数据表明,日鞘(HS)(受冲击的太阳风区域)压力主要由超热粒子控制。在这里,我们使用一种新的磁流体动力学模型,将新鲜电离的PUI作为一个单独的流体从热的太阳风的组成部分。与以前的模型不同,新模型再现了PUI和太阳风离子的新地平线和V2航天器观测的基础上的属性。PUI与HS中ISM的冷中性H原子进行电荷交换,并迅速耗尽。PUI的耗尽冷却了TS下游的日光层,使其“放气”并导致更窄的HS和更小更圆的形状,与卡西尼号航天器的高能中性原子观测一致。新的模型,星际磁场的方向受到IBEX带状约束,再现了旅行者1号(V1)HP外部的磁场数据。我们提出了在V2处HP外部的磁场的预测。
2019-02-15 astro-ph.SR physics.space-ph
Imaging evidence for solar wind outflows originating from a CME footpoint
我们报告了大气成像组件(AIA)在2015年4月28日灯丝喷发期间对起源于日冕变暗的等离子体流出的观测。在暗条开始爆发后,形成了两条耀斑带,其中一条有一个清晰可见的钩子,围绕着一个核心(孪生)变暗区域。沿着位于该变暗中的多个漏斗,在仪器的171和193过滤器通道中开始可见向外定向的等离子体运动。在时间-距离图中,这种运动产生了一种带状图案,持续了五个多小时,其特征沿着漏斗没有变化。因此,我们建议的议案是一个签名的外流对应的速度范围之间的$\approx70$和140公里s $^{-1}$。有趣的是,外流的模式以及它们的速度被发现与我们在邻近的普通冕洞中观察到的相似。因此,外流最有可能是日冕物质抛射引起的缓慢太阳风沿着植根于变暗区域的开放场结构流动的特征。此外,围绕变暗区的钩的演变进行了检查的最新预测的三维磁重联的背景下。观测结果表明,灯丝的足迹,在他们的转变到变暗的区域,重新连接周围的檐篷。据我们所知,我们的观察提出了等离子体从变暗区域流出的第一个成像证据。
2020-11-06 astro-ph.SR
Three-dimensional local anisotropy of velocity fluctuations in the solar wind
我们分析了从2005-2015年期间的风数据中提取的两个数据集中磁流体尺度下太阳风的速度波动,其特征在于强或弱的膨胀。膨胀影响各向异性的测量,因为它打破了平均磁场周围的轴对称。实际上,由结构函数(SF_B)测量的小尺度三维磁涨落(δB)的局部各向异性与强膨胀的管状结构一致。当进入弱膨胀时,由于SFB沿两个垂直方向之一变平,结构变成带状。与强膨胀的谱斜率-5/3一致的幂律指数现在变得更接近-3/2。这个指数也是太阳风速度波动的特征。我们研究速度涨落(δV),以了解其结构函数(SF_V)的各向异性是否也随膨胀强度而变化,以及一旦考虑各向异性,与磁谱指数的差异是否会消失。我们发现SF_V一般比SF_B平坦。当膨胀由强变弱时,垂直SF_V进一步扁平化,小尺度各向异性由管状结构转变为带状结构。这两种类型的各向异性,共同的SF_V和SF_B,与不同的大尺度方差各向异性的δB在强和弱扩展数据集。我们的结论是,SF_V显示出类似于SF_B的各向异性三维标度,但系统的平坦标度,反映了全球光谱斜率之间的差异。
2019-04-08 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Magnetized jets driven by the sun: the structure of the heliosphere revisited
日光层的经典观点是一个静止的彗星状形状,沿着太阳穿过星际介质(ISM)的方向延伸1000个天文单位(AU:天文单位)。在这里,我们表明,磁流体动力学(MHD)模拟的基础上,扭曲的磁场的太阳的张力(箍)力限制的太阳风等离子体以外的终止冲击和驱动器的喷流到北方和南方非常像天体物理喷流。这些喷流被太阳通过ISM的运动偏转到尾部区域,类似于弯曲的星系喷流穿过星系际介质。星际风将两股喷流吹向尾部,但不足以迫使两瓣形成一个彗星状的尾部,就像一些天体物理喷流一样(Morsony et al. 2013)。相反,星际风绕着日光层流动,进入两个喷流之间的赤道区域。正如在一些扭结不稳定的天体物理喷流中一样(Porth等人,2014),我们在这里表明,日光层喷流是湍流的(由于大尺度MHD不稳定性和重联),并且强烈地混合了太阳风与400 AU以上的ISM。由此产生的湍流对日光层中的粒子加速具有重要意义。两瓣结构与IBEX(McComas等人,2013年)的日尾高能中性原子(ENA)图像一致,其中在北部和南部可以看到两个瓣,以及CASSINI(Krimigis等人,2009年,Dialynas等人,2013年)ENA的建议,即日光层是“无尾的”。
2015-01-26 astro-ph.SR physics.space-ph
Globally Distributed Energetic Neutral Atom Maps for the "Croissant" Heliosphere
Opher等人(2015年)最近的一项研究表明,日球层具有“羊角”形状,其中日鞘等离子体受到环形太阳磁场的限制。“新月形”的日光层与传统上接受的彗星状尾巴的观点形成对比。本文研究了新月形日光层模型对高能中性原子(ENA)图的影响。无论分裂尾的存在,日鞘等离子体的约束应该出现在ENA地图。来自星际边界探测器(IBEX)的ENA图显示了两个高纬度的叶片,在日光层尾部的较高能量处有过量的ENA通量。这些叶瓣可能是日鞘等离子体限制的标志,而有些人认为它们是由快/慢的太阳风轮廓造成的。在这里,我们提出了ENA地图的“羊角面包”日光层,侧重于理解的日光鞘等离子体准直的太阳磁场,同时使用一个统一的太阳风的效果。我们将拾取离子(PUI)纳入基于Malama等人(2006)和Zank等人(2010)的模型中。我们使用中性的解决方案,从我们的MHD模型来确定的角变化的PUI,并包括消光的PUI在日鞘。在均匀的太阳风的存在下,我们发现,在“羊角面包”日光层的准直表现为两个高纬度的叶片增加ENA通量的顺风方向。
2018-08-17 astro-ph.SR physics.space-ph
The Temperature-Dependent Nature of Coronal Dimmings
在太阳爆发事件中,磁场的开放常常伴随着局部日冕辐射的变暗。从2008-2009年期间STEREO上的极紫外成像仪记录的暗条喷发的观测结果来看,很明显,无论是在盘上还是在边缘上方,19.5 nm处的暗化都比17.1 nm处的低温线明显得多。我们的结论是,大多数较冷的日冕等离子体并没有被喷射出来,而是在环打开时保持引力束缚。这一结果与今田及其同事的多普勒测量结果相一致,他们发现,在温度超过1兆焦耳时,瞬变冕洞中的上升流速度急剧增加;与更热的羽间区域相比,这也与极地羽流的准静态行为相一致,而羽间区域是快速太阳风的主要来源。当开放的通量重新连接并再次关闭时,捕获的等离子体最初被加热到如此高的温度,以至于在Fe IX 17.1 nm处不再可见。相应地,17.1 nm的图像显示了一条远离极性反转线传播的暗带或"热波“,与增亮的Fe XV 28.4 nm和Fe XII 19.5 nm的喷发后环及其足点区域一致。这样的暗带提供了一个不是由密度耗尽引起的暗化的明显例子。“热波”的传播是由通量的关闭而不是打开驱动的,并且可以在翼外和盘上观察到。
2010-07-29 astro-ph.SR
An empirical model of Energetic Neutral Atom imaging of the heliosphere and its implications for future heliospheric missions at great heliocentric distances
科学界目前正在研究在远离地球轨道的日心距离上运行的日光层飞行任务的若干概念。星际探测器的任务概念(McNutt et al. 2018),例如,目标是在本世纪内到达距离太阳1000 au的地方。这将使下一代人能够通过测量来自各个等离子体区域的高能中性原子(ENA),从外部有利位置获得我们日光层的全球视图。它还将允许对未受扰动的星际介质进行直接采样,并提供日光层科学以外的许多观测机会,例如访问柯伊伯带天体,全面了解行星际尘埃群,以及不受黄道云前景发射影响的红外天文学。在这项研究中,我们提出了一个简单的经验模型,从日光层的ENA,并得出基本要求的ENA仪器机载航天器在很大的日心距离。我们考虑的全能量范围的日光层ENAs从10 eV到100 keV,因为每个部分的能量谱有自己的优点日光层科学。为了覆盖整个ENA能量范围,需要两个或三个不同的ENA仪器。由于视差观测,一些关于IBEX丝带的性质和日光层的尺寸的见解已经可以通过ENA成像从几个au日心距离获得。为了直接揭示日光层的整体形状,从日光层外部进行测量当然是最好的选择。
2019-10-18 astro-ph.IM astro-ph.SR physics.space-ph
Turbulence in the outer heliosphere
太阳风(SW)和局部星际介质(LISM)都是湍流介质。它们的相互作用受复杂的物理过程支配,并产生在粒子数量、整体流动和湍流方面具有显著不同性质的日光层区域。我们对太阳风湍流\nature和动力学的了解主要依赖于近地和近地太阳观测,近年来由于包括多航天器飞行任务在内的大量空间飞行任务的可用性而日益提高。相比之下,外层日光层中湍流的性质仍然没有完全了解。旅行者号和新视野号的现场观测以及IBEX的远程中性原子测量强烈表明,湍流是作用于日光层界面的关键过程之一。它与负责产生超热离子和高能中性原子的电荷交换过程密切相关。本文回顾了在遥远的西南和LISM湍流的观测证据,在建模工作的进展,和开放的挑战。
2022-07-28 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Coronal Heating and Solar Wind Generation by Flux Cancellation Reconnection
本文提出小尺度磁通量抵消通过磁重联普遍驱动低太阳大气能量释放,结合解析模型与三维MHD模拟证明其足以加热色球和日冕并产生太阳风。
2024-01-22 astro-ph.SR physics.space-ph
Heavy coronal ions in the heliosphere. II. Expected fluxes of energetic neutral He atoms from the heliosheath
目标。建立了一个计算日鞘密度和太阳风携带的α粒子和He+离子能谱的模型。日鞘He+离子的中和作用主要是通过与中性星际H和He原子的电荷交换(CX),产生能量为~0.2 - ~100 keV的高能中性He原子(He ENA)通量。如果观测到这样的通量,将提供有关日鞘和日球层尾部等离子体的信息。方法.氦离子穿越终端冲击波(TS)构成超热(测试)粒子对流(局部也扩散通过)流体动力学计算的背景等离子体流(三个版本的流量)。He离子从TS向日球层顶(HP)前进,最后到达日球层尾(HT)。α-和He+粒子密度和能谱的演化计算包括与背景等离子体和星际原子的二元相互作用,由流动压缩(稀疏)产生的绝热加热(冷却),以及背景等离子体上的库仑散射。结果超热He离子的中和导致He ENA通量的出现,其能谱被发射时的康普顿-获得效应和飞向太阳过程中的ENA损失所修改。能量积分的He ENA强度在~0.05 ~~50 cm^-2 s^-1 sr^-1范围内,具体取决于TS处的光谱(假设的κ分布)、背景等离子体模型和观测方向。根据模型假设,尾部/顶部强度比在~1.8和~800之间变化。能谱很宽,最大值在~0.2 - ~3 keV范围内,这取决于观察方向和模型。结论.根据IBEX航天器的能力,预期的日鞘He ENA通量可能是可测量的。这些数据可以提供对日鞘结构的深入了解,并提高对TS后太阳风等离子体的理解。可以评…
2012-11-19 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Linking two consecutive nonmerging magnetic clouds with their solar sources
2005年5月15日,在地球附近观测到一次巨大的行星际日冕物质抛射(ICME)。它引发了太阳活动周期23中最强烈的地磁风暴之一(Dst峰值= -263 nT)。该结构与活动区10759(NOAA编号)的双带耀斑、暗条喷发和日冕物质抛射有关。我们在这里分析的事件序列,从太阳风测量(在1 AU),回到太阳,了解这个地球有效的ICME的起源和演变。从详细的观测研究原位磁场观测和等离子体参数在行星际(IP)介质和使用适当的模型,我们提出了另一种解释的IP观测,不同的那些在以前的研究中讨论。在我们看来,IP结构是由两个非常接近的连续磁云(MC)形成的,它们在通过行星际介质传播的过程中保持了自己的身份。因此,我们确定了两个太阳事件的Hα和EUV发生在源区的MC。太阳和IP事件之间的时间,以及MC轴的方向和它们相关的太阳拱是在很好的协议。此外,行星际射电II型观测允许通过内日光层跟踪多个结构,并确定相互作用区域位于太阳和地球之间。从光球层到行星际空间的观测链与这一假设是一致的。我们的分析允许检测的瞬态的太阳源,并解释了由于运输的两个附加(虽然nonmerging)MC影响磁层的太阳风的非常快的变化。
2012-12-21 astro-ph.SR physics.space-ph
Coupling between magnetic reconnection, energy release, and particle acceleration in the X17.2 2003 October 28 solar flare
本文通过多卫星观测数据研究2003年10月28日X17.2级太阳耀斑,揭示磁重联率峰值与高能电子、质子加速及π介子衰变γ射线出现之间的物理耦合关系。
2024-03-12 astro-ph.HE astro-ph.SR
A multiple spacecraft detection of the 2 April 2022 M-class flare and filament eruption during the first close Solar Orbiter perihelion
本文利用太阳轨道器、IRIS、SDO和Hinode的多视角协同观测,首次从不同光谱角度完整覆盖2022年4月2日M级耀斑及暗条爆发,揭示寄生极性浮现驱动磁绳失稳的关键作用,并验证了标准耀斑模型需考虑周围磁活动的影响。
2023-07-05 astro-ph.SR
High Resolution Imaging Spectroscopy of a Tiny Sigmoidal Mini-filament Eruption
本研究基于GST望远镜的高分辨率光谱和磁图数据,分析了宁静太阳上一个微小S形微型暗条的爆发机制,发现磁双极子对消触发了爆发,并定量计算了其温度、速度及能量变化,揭示了迄今最小双带耀斑的能量释放过程。
2024-02-13 astro-ph.SR physics.space-ph
Breakout/Interchange Reconnection as a driver of Jets, Fast Coronal Mass Ejection, and Solar Energetic Particles
American University(美国大学);NASA Goddard Space Flight Center(美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心);University of California, Berkeley(加州大学伯克利分校);Durham University(杜伦大学);University of Michigan(密歇根大学);The Catholic University of America(天主教大学)
该研究通过多波段观测及原位测量,揭示 breakout 重联是驱动快速 CME、喷流及 SEP 事件的关键,为多尺度拓扑下的粒子加速释放提供了新见解。
2026-10-27 astro-ph.SR physics.space-ph