Energy Balance at Interplanetary Shocks: In-situ Measurement of the Fraction in Supra-thermal and Energetic Particles with ACE and Wind
行星际激波对带电粒子的加速会消耗上游冲压压力中不可忽略的一部分。对于ACE和Wind航天器在1天文单位现场观测到的冲击样本，获得了每个事件的离子和电子能谱的非麦克斯韦分量（超热和高能）的时间序列。在冲击波通过之前和之后的一小时内对这些压力进行平均，以确定它们的分压。利用MHD Rankine-Hugoniot跳跃条件，我们发现总的上游能量通量转移到非麦克斯韦下游粒子的分数通常约为2- 16%。值得注意的是，我们的样本表明，无论是快速磁声马赫数，也不是冲击法向和平均上游磁场之间的角度与非麦克斯韦粒子压力。
2021-08-16 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Simulations of a gradual solar energetic particle event observed by Helios 1, Helios 2, and IMP 8
在这项工作中，一个渐进的太阳高能粒子（SEP）的多航天器观测事件进行了模拟。通过数值求解福克-普朗克聚焦输运方程，获得了三维行星际空间中行星际激波加速的SEP通量的时间分布。行星际激波被模拟为一个运动的高能粒子源。通过拟合1979/03/01年由Helios 1，Helios 2和IMP 8观测到的SEP通量与我们的模拟，我们获得了冲击加速效率模型的最佳参数。我们还发现，平行扩散系数为1 AU的$ \sim 1\% - 3\% $水平的粒子垂直扩散系数应包括在内。在模拟中再现的水库现象，SEP通量在衰减阶段，这是由三个航天器在不同的位置观察到的纵向梯度，是更敏感的冲击加速效率参数比垂直扩散系数。
2015-07-06 astro-ph.SR physics.space-ph
Energetic particle contamination in STIX during Solar Orbiter's passage through Earth's radiation belts and an interplanetary shock
本研究调查太阳轨道飞行器穿越地球辐射带和行星际激波期间高能粒子对STIX仪器的污染，识别出>100 keV电子为主要污染源。
2024-02-06 astro-ph.SR nucl-ex physics.space-ph
Correcting for interplanetary scattering in velocity dispersion analysis of solar energetic particles
为了了解太阳高能粒子（SEP）的起源，我们必须研究它们相对于其他太阳爆发现象的注入时间。传统上，使用速度色散分析（VDA）来确定注入时间，其中使用在1 AU处观察到的事件开始时间与SEP的反向速度的线性拟合来导出第一到达粒子的注入时间和路径长度。然而，VDA并没有考虑到在1天文单位处产生统计学上可观察到的起始粒子已经分散在行星际空间中。我们使用Monte Carlo测试粒子模拟的高能质子研究粒子散射的影响，可观察到的SEP事件发生以上的事件前的背景，因此对VDA的结果。我们发现，VDA的结果是敏感的事件前和事件粒子谱以及SEP注入和散射参数的属性。特别是，接近标称帕克螺旋长度的VDA获得的路径长度并不意味着VDA注射时间是正确的。我们研究的延迟所观察到的发病所造成的粒子的散射，并推导出一个简单的估计延迟时间，通过使用在SEP发病的强度增加率作为一个参数。我们适用于磁连接SEP事件2000年6月10日的校正，并表明它可以提高路径长度和注入时间的估计，同时也增加了误差限制，以更好地反映VDA的固有不确定性。
2015-04-23 astro-ph.SR physics.space-ph
Observations on a series of merging magnetic flux ropes within an interplanetary coronal mass ejection
日冕物质抛射（CME）是一种强烈的太阳爆发。日冕物质抛射在日地关系中扮演着非常重要的角色，它们对重大的地磁暴和高能粒子事件有着重要的影响。目前还不清楚日冕物质抛射在日光层中传播时是如何演变的。本文报道了1998年3月25-26日用WIND观测到的一次行星际日冕物质抛射（ICME），它由多条磁通量绳组成。这些磁通量绳索正在相互融合。观测结果表明，内部的相互作用（重联）内的多通量绳CME可以合并成大规模的绳，这可能会提高我们的理解CME的行星际演化。此外，我们推测，绳-绳相互作用也可能存在于连续的绳状CME之间，这对空间天气预报具有重要意义。
2018-12-09 physics.space-ph
Three-stage Acceleration of Solar Energetic Particles Detected by Parker Solar Probe
本文利用Parker Solar Probe在2022年8月27日的原位探测数据，首次完整记录了CME驱动激波在日冕及行星际空间引发的三阶段太阳高能粒子加速过程，并发现后两阶段因激波相互作用及种子粒子丰富而具有更硬的能谱。
2024-05-30 astro-ph.SR physics.space-ph
Energetic particle-mediated interplanetary shocks observed by Solar Orbiter
European Space Agency (ESA), European Space Astronomy Centre (ESAC)（欧洲空间局（ESA），欧洲空间天文中心（ESAC））；Heliospheric Physics Laboratory, Heliophysics Division, NASA Goddard Space Flight Center（NASA戈达德太空飞行中心，日球物理部，日球物理实验室）；Max-Planck-Institut für Kernphysik（马克斯·普朗克核物理研究所）；Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory（约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室）；Istituto per la Scienza e Tecnologia dei Plasmi (ISTP), Consiglio Nazionale delle Ricerche（意大利国家研究委员会等离子体科学与技术研究所（ISTP））；Department of Physics and Astronomy, Queen Mary University of London（伦敦大学玛丽女王学院物理与天文学系）；Lunar and Planetary Laboratory, University of Arizona（亚利桑那大学月球与行星实验室）；Institute of Experimental and Applied Physics, Kiel University（基尔大学实验与应用物理研究所）
利用太阳轨道器数据，发现四例高能粒子压力主导上游的行星际激波，表明加速粒子可动态修改激波结构。
2026-07-03 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.space-ph
Statistical analysis of interplanetary magnetic field path lengths from solar energetic electron events observed by WIND
计算了WIND 3DP探测器探测到的太阳电子事件中电子的行星际磁场路径长度。对能量为$\sim$ $27$ keV至$310$ keV的电子应用速度色散分析方法。以往的速度频散分析采用的起始时间，这往往是仪器的影响和预先存在的背景通量，导致很大的不确定性。我们在这里提出了一种新的方法。而不是使用的峰值或开始时间，我们应用的速度色散分析的时间，对应于上升阶段的流量是一个分数，$η$，峰值流量。我们对选定的事件进行统计分析，其计算的路径长度的不确定性小于$0.1$ AU。对应于峰值通量的$η=$、$3/4$、$1/2$和$1/3$的计算路径长度的平均值和标准差（$μ$，$σ$）为（$1.17$ AU，$0.17$ AU）、（$1.11$ AU，$0.14$ AU）和（$1.06$ AU，$0.15$ AU）。对于$η=3/4$和$1/3$情况，计算出的路径长度的分布也很好地符合高斯分布。这些结果表明，在这些电子事件的行星际磁场拓扑结构是接近名义帕克螺旋与很少的磁力线弯曲。我们的结果对粒子的垂直扩散有重要的意义。
2019-05-09 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
In-situ Measurement of the Energy Fraction in Supra-thermal and Energetic Particles at ACE, Wind, and PSP Interplanetary Shocks
行星际激波（IPs）对带电粒子的加速可以消耗等离子体压力的不可忽略的一部分。在这项研究中，我们选择了17个IP在$1\,\text{au}$现场观测的高级成分探测器（ACE）和风航天器，和1个激波在$0.8\,\text{au}$观测的帕克太阳探测器（PSP）。我们已经计算了超热和高能粒子（小于和大于$50\,\text{keV}$的质子和$30\,\text{keV}$的电子，分别）在上游和下游区域的时间依赖的分压。在冲击时间之前1小时和之后1小时对颗粒通量进行平均，以去除短时间尺度效应。使用MHD Rankine-Hugoniot跳跃条件，我们发现，总的上游能量通量转移到超热和高能下游粒子的分数通常是$\lesssim\!16\%$，与以前的观察和模拟。值得注意的是，通过考虑所有测量激波参数的误差，我们发现，对于任何给定的快磁声马赫数$M_{f}\!<7$，激波法线和平均上游磁场$θ_{Bn}$之间的角度与高能粒子压力无关;特别是，对于$θ_{Bn} \gtrsim 45^\circ$，高能粒子的分压不会降低。下游电子与质子的能量比在电子的范围$\gtrsim\!140\,\text{eV}$和质子的范围$\gtrsim\!70\,\text{keV}$内超过预期的$\sim\!1\%$，接近风事件的均分（$>\!0.1$）。
2022-02-22 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Cannibals in PARADISE: The effect of merging interplanetary shocks on solar energetic particle events
本研究首次通过完全时变三维模拟，结合MHD模型与集成SEP模型，揭示了两个食人型CME及其激波合并过程中，多重加速机制会显著增强太阳高能粒子的强度与能级。
2024-05-17 astro-ph.SR physics.space-ph
On the Estimation of Solar Energetic Particle Injection Timing from Onset Times near Earth
我们研究的准确性的一个常见的技术估计的开始时间的太阳高能粒子注入的基础上观察到的起始时间与1/（粒子速度）的线性拟合。这是基于这样一个概念，即第一个到达的粒子直接沿着磁场移动而没有散射。我们检查这一点进行数值模拟的太阳质子之间的运输2和2000兆电子伏从太阳到地球，关于行星际散射和粒子注入的持续时间的几个假设，并分析使用逆速度拟合的结果。我们发现，在大多数情况下，起始时间对齐接近一条直线作为速度倒数的函数。尽管如此，估计的注射时间可能会有几分钟的误差。此外，估计的路径长度可以大大偏离实际的路径长度沿行星际磁场。估计的路径长度和实际路径长度之间的主要差异意味着第一批到达的粒子不能被视为直接沿着行星际磁场移动。
2005-03-18 astro-ph physics.space-ph
From Sun to interplanetary space: What is the pathlength of Solar Energetic Particles?
太阳高能粒子（SEP）在太阳爆发期间被加速，在被原位仪器观测之前在湍流太阳风中传播。为了解释它们的起源，通过与太阳喷发的遥感观测比较，因此，我们必须去卷积的传输效果，由于湍流磁场从SEP观测。最近的研究表明，SEP传播是由穿过平均磁场的磁力线的湍流弯曲引导的。然而，由于场线弯曲，SEP行进的距离延长，迄今为止尚未包括在SEP事件分析中。这一遗漏可能会导致在估计太阳上SEP的释放时间时出现重大错误。我们调查的SEP考虑他们传播的距离沿场线蜿蜒封闭的磁性岛屿是固有的湍流等离子体。我们引入了一个场线Randow Walk模型，该模型考虑了磁岛的物理尺度。我们的方法解决了扩散方程导致不切实际的短路径长度的问题，以及随机行走的路径长度对随机行走步长的分形依赖性。我们发现，从太阳到1 AU的路径长度可以低于标称帕克螺旋长度SEP事件发生在太阳耀斑45 E至60 W，而西方和后面的肢体粒子可以经历的路径长度长于2 AU由于场线曲折。
2019-12-03 astro-ph.SR physics.space-ph
Sheath-Accumulating Propagation of Interplanetary Coronal Mass Ejection
行星际快速日冕物质抛射（行星际CME或ICME）是最强空间天气风暴（如太阳高能粒子事件和磁暴）的驱动因素。与地球上快速ICME相关的影响太阳风扰动的空间天气与在太阳附近观测到的高能CME的特征之间的联系，是研究空间天气风暴以及发展实用空间天气预测的一个关键问题。这种激波驱动的快速ICME在传播过程中通常会以超音速膨胀，导致前方激波鞘层等离子体的不断积累。在本文中，我们提出了“鞘积累传播”（SAP）模型，考虑到鞘区上游太阳风等离子体积累的过程，描述行星际鞘和减速ICME喷出物的共同演化。基于SAP模型，我们讨论了ICME的减速特征，ICME在地球上快速发生的基本条件，行星际鞘的厚度，到达时间的预测，以及与巨大太阳耀斑有关的超强磁暴。我们定量地指出，在讨论上述五点时，日冕物质抛射的速度和质量都是至关重要的。讨论了SAP模型与\citet{tappin2006}提出的基于拖曳的模型和“雪犁”模型之间的异同。
2017-02-21 astro-ph.SR physics.space-ph
Observations of Turbulence and Particle Transport at Interplanetary Shocks: Transition of Transport Regimes
本研究利用四颗 Cluster 航天器观测准垂直行星际激波上游，发现高能质子通量随距离由指数衰减转为幂律衰减，并将其归因于正常扩散向超扩散的转变。
2025-05-13 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Transfer of Entropy between the Magnetic Field and Solar Energetic Particles during an Interplanetary Coronal Mass Ejection
针对太阳高能粒子（SEPs）热力学特性研究不足的问题，本文利用帕克太阳探测器数据，分析ICME期间SEP动能分布参数κ_EP与磁场增量分布参数κ_ΔB的关系，发现两者反相关，揭示熵从磁场向SEP转移的机制，为理解ICME提供新视角。
2025-04-14 astro-ph.SR physics.space-ph
Interpretation of flat energy spectra upstream of fast interplanetary shocks
本文通过速度过滤机制解释了Advanced Composition Explorer观测到的行星际激波上游平能谱现象，揭示了低能粒子受限于激波波前而高能粒子可向上游传播的物理机制。
2023-01-13 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
The Solar Origin of an In Situ Type III Radio Burst Event
本研究结合多仪器观测，证实一次原位III型射电暴的高能电子源于太阳喷流磁重联区，且电子注入张角远大于喷流柱宽度，为耀斑相关高能电子事件的宽经度分布提供了解释。
2023-07-18 astro-ph.SR physics.space-ph
Variability of interplanetary shock and associated energetic particle properties as a function of the time window around the shock
本文基于ACE数据研究296个快前向行星际激波，量化不同采样时间窗口对激波及高能风暴粒子性质的影响，并给出各参数保持代表性的时间尺度，为激波与ESP建模预报提供约束。
2023-10-26 physics.data-an physics.space-ph
The Streaming Limit of Solar Energetic-Particle Intensities
当太阳高能粒子（SEP）被太阳附近的冲击波加速后沿着行星际磁场向外流动时，它们的强度受到自生阿尔文波的散射的限制，从而将粒子捕获在它们的源附近。这种流动极限随着粒子的磁刚度和与源的距离而变化。俯仰角耦合可导致较高能量的质子抑制较低能量的离子的强度，从而在早期SEP强度平台上导致平坦的低能谱。在足够高的能量下，粒子流和粒子的波捕获减弱，SEP光谱变陡，形成光谱“膝盖”。
2014-12-06 physics.space-ph
Forecasting Solar Energetic Particle Fluence with Multi-Spacecraft Observations
预测太阳高能粒子（SEP）通量，作为一个SEP事件的集成，是一个重要的因素，估计太阳爆发对人类和技术在空间的影响。目前的实时估计是基于空间中单个位置的SEP测量。然而，行星际磁场每天相对于地球与太阳共转大约13 $^\circ$，因此在4天内，近地航天器将从原始SEP源改变它们的连接大约60 $^\circ$。我们估计使用一个简单的粒子传输模型的粒子注量上的共转的效果，并表明，忽略共转可能会导致高达一个数量级的误差，在注量估计，取决于行星际粒子传输条件。我们比较模型预测与SEP事件的STEREO观测。
2018-02-27 astro-ph.SR physics.space-ph
Interplay of large-scale drift and turbulence in the heliospheric propagation of solar energetic particles
本文通过解析模型和全轨道测试粒子模拟，研究了日球层湍流对太阳高能粒子导向中心漂移的抑制，发现实际减弱程度远低于理论预测，表明漂移在宇宙线传播中仍具重要作用。
2024-12-18 astro-ph.SR physics.space-ph
Random Walk and Trapping of Interplanetary Magnetic Field Lines: Global Simulation, Magnetic Connectivity, and Implications for Solar Energetic Particles
磁场线的随机游走是理解磁场的连通性如何影响带电粒子的空间输运和扩散的重要组成部分。当太阳高能粒子（SEP）远离近太阳源传播时，它们与波动的磁场相互作用，这改变了它们的分布。我们开发了一种形式主义，其中的微分方程描述的场线随机游走包含由于本地化的磁位移和非随机贡献的大规模扩张的影响。我们使用这种形式主义与全球磁流体动力学模拟的内日球层太阳风，其中包括一个湍流传输模型，估计扩散传播的磁场线，起源于不同地区的太阳大气。我们首先使用这个模型来量化1 au的场线扩展，从局部太阳源区域开始，并找到约20° - 60°的均方根角扩展。在第二种情况下，我们使用该模型来估计在1天文单位观测到的场线可能起源的源区的大小，从而量化磁连通性计算中的不确定性;角度不确定性估计为约20°。最后，我们估计了平行距离，即，起源于磁岛的磁场线能够被强烈地捕获在附属结构中的日心距离。我们强调板状波动的关键作用，在更大的日心距离的过渡，更扩散的运输。
2020-11-12 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Multi-spacecraft observations of the structure of the sheath of an interplanetary coronal mass ejection and related energetic ion enhancement
日冕物质抛射（CME）前的鞘层是随着CME的膨胀和传播而形成的大型日光层结构。湍流和压缩鞘有助于加速日冕和行星际空间中的粒子，但它们的内部结构与粒子运动的关系仍然相对较少研究。特别是，当激波马赫数较低时，鞘层在加速粒子中的作用是一个重要的开放问题。这项工作旨在提供新的见解CME鞘层的内部结构与高能粒子增强。2020年4月19日至21日，在0.8和$\sim$ 1 AU（太阳轨道器，风，ACE和BepiColombo）处对径向排列的航天器进行的鞘层观测提供了实现这一目标的良好机会。鞘管之前有一个微弱的冲击。高能离子增强发生在太阳轨道器和L1的鞘层结构内的不同位置。磁波动幅度在惯性范围尺度增加鞘相对于上游风。然而，当归一化到本地平均场，波动幅度并没有显着增加，波动的磁压缩性也没有增加。在不同的航天器上，各种子结构被嵌入鞘内，包括多个日光层电流片（HCS）交叉点和一个小尺度通量绳。在L1，离子通量增强与HCS交叉有关，而在太阳轨道器，增强发生在绳索内。从上游太阳风扫过并在鞘层中压缩的子结构可以充当特别有效的加速部位。一种可能的加速机制是与鞘层中的小尺度通量绳和翘曲的HCS相关联的电子感应加速器加速。
2021-12-17 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Solar energetic particle propagation in wave turbulence and the possibility of wave generation
对于太阳高能粒子与行星际磁场之间复杂的相互作用，一个完整的理论仍然是难以捉摸的。在这项工作中，我们的目标是对这样一个理论，通过模拟等离子体波湍流中的太阳高能粒子电子的传播。我们指定一个背景湍流谱，通过观测约束，从第一性原理计算传输系数，并模拟这些电子在内日球层中的传播。我们还首次将动力学效应纳入垂直扩散系数。我们表明，这样的“物理第一”的方法可以导致合理的结果，定性比较观察。此外，我们包括波的增长/阻尼由于流电子的影响，并表明这些粒子可以显着改变湍流水平接近太阳的最大事件。
2019-02-06 physics.space-ph
Solar Energetic Particle transport near a Heliospheric Current Sheet
太阳高能粒子（SEP）是空间天气的重要组成部分，在行星际磁场（IMF）的强烈引导下，SEP在行星际介质中传播。在这项工作中，我们分析的影响，一个单位的日光层电流片（HCS）的质子传播SEP释放网站到地球。我们模拟质子传播的分析定义的平面电流片附近的完整的3-D轨迹，收集到直方图，注量图和虚拟观察者的时间分布在1- 800兆电子伏的能量范围内的综合统计。我们表明，质子经历了显着的电流片漂移到遥远的彗星，导致时间剖面表现出多个组件，这是一个潜在的来源，令人困惑的解释观测。我们发现，在一个现实的参数范围内的电流片厚度的变化对粒子的传播几乎没有影响。我们发现，IMF配置强烈影响质子的减速。我们表明，在我们的模型中，存在一个平坦的赤道HCS在内日球层限制质子进入对面的半球。
2017-01-16 astro-ph.SR physics.space-ph
Propagation of Solar Energetic Particles in Three-dimensional Interplanetary Magnetic Fields: Radial Dependence of Peak Intensities
太阳高能粒子（SEP）峰值强度I_{max}（R）的径向依赖关系通常采用函数形式I_{max}（R）=kR^{-α}，其中R为航天器的径向距离。在这项工作中，五维福克-普朗克输运方程，包括垂直扩散的数值求解调查SEP峰强度的径向依赖性。考虑了两种不同的航天器编队分布情况：（1）沿径向线，（2）沿帕克磁场线。我们发现，上述表达式中的指数α在很宽的范围内变化，主要取决于性质（例如，位置，覆盖范围）的SEP源和源和观测者的磁足迹之间的纵向/横向分离。特别是观测者的磁足点位于SEP源的内部还是外部，是决定指标α值的关键因素。在峰强度的径向依赖性中发现了两相现象。断点（过渡点/临界点）的“位置”由观察者的磁连接状态决定。这一发现表明，在观测研究中，应该非常仔细地检查SEP源与每个航天器之间的磁连接。我们获得了R^{-1.7 \pm 0.1}的下限，用于经验地模拟SEP峰强度的径向依赖性。我们在这项工作中的发现可以用来解释大多数以前的多航天器调查结果，特别是调和不同的/相互冲突的经验值的指数α在文献中。
2017-06-16 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Association of 3He-Rich Solar Energetic Particles with Large-Scale Coronal Waves
小的富含3He的太阳高能粒子（SEP）事件通常与极紫外（EUV）喷流和窄日冕物质抛射（CME）有关，它们被认为是磁重联的特征，涉及到向行星际空间开放的磁力线。这些事件中的元素和同位素分馏被认为是由局限于耀斑现场的过程造成的。在这项研究中，我们确定了32个3He丰富的SEP事件在太阳活动极小期2007 - 2010年期间，由高级成分探测器观测到的地球附近，并检查他们的太阳源与高分辨率的日地关系天文台（STEREO）EUV图像。STEREO-A在地球的前方，首次提供了对富含氦-3的耀斑的直接观测，这些耀斑通常位于太阳的西半球。令人惊讶的是，我们发现，在这次调查中，大约一半的3He丰富的SEP事件与大规模的EUV日冕波。对波前传播、源耀斑分布和日冕磁场联系的研究表明，极紫外波可能影响富3He SEP向行星际空间的注入。
2016-09-17 astro-ph.SR physics.space-ph
Solar Energetic Particle Time Series Analysis with Python
本文开发并公开一套 Python/Jupyter 工作流，用于多空间任务带电粒子数据的下载、可视化及 SEP 起始与注入时间分析。
2022-12-14 astro-ph.SR physics.space-ph
Solar Energetic Particle drifts and the energy dependence of 1 AU charge states
重离子太阳高能粒子（SEPs）的事件平均电荷态（在距离太阳1 AU处测量）通常随离子的动能而增加。这种行为的起源被归因于加速区域内发生的过程。在本文中，我们研究了通过行星际空间的SEP Fe离子的传播，注入太阳附近的各种电荷状态，均匀分布的能量，通过一个3D的测试粒子模型。在我们的模拟中，由于梯度和曲率漂移与帕克螺旋磁场，不同电荷的离子传播的效率非常不同的观察者，是不是磁连接到源极区。因此，我们发现，对于许多观察者的位置，1 AU的事件平均的电荷状态<Q>，从我们的模型中获得的，显示粒子能量E的增加，在定性协议与航天器的观测。我们的结论是漂移相关的传播是一个可能的解释所观察到的分布<Q>与E在SEP事件，并在行星际空间测量的分布不能被用来代表在注射。
2016-10-17 astro-ph.SR physics.space-ph
Efficiency of particle acceleration at interplanetary shocks: Statistical study of STEREO observations
上下文其中，激波被认为是高能带电粒子的加速器。然而，关于加速效率和所需条件的许多问题尚未完全理解。特别是，电子被冲击加速的问题经常受到质疑。目的。在这项研究中，我们确定行星际冲击的效率为$<$ 100千电子伏的电子，离子在$\sim$ 0.1和$\sim$ 2兆电子伏的能量，所测量的太阳电子和质子望远镜（SEPT）仪器搭载的双日地关系天文台（STEREO）航天器。方法.我们采用了一个在线STEREO原位冲击目录，列出了2007年至2014年中期（由STEREO A观察到）和2013年底（由STEREO B观察到）观察到的所有冲击。总共列出了475次电击。为了确定这些冲击的粒子加速效率，我们分析了相关的强度增加（冲击尖峰）在冲击交叉。对于近相对论电子，我们考虑了SEPT仪器中可能存在的离子污染问题。结果最高的加速效率被发现为低能量的离子（0.1兆电子伏），这表明在27%的所有冲击的冲击相关的增加。2兆电子伏的离子只在5%的冲击波穿越过程中表现出相关的增加。对于电子来说，冲击几乎是无效的。只发现了5个与冲击相关的电子增加，这只相当于所有冲击交叉的1%。
2016-02-10 physics.space-ph
An Overview of Solar Orbiter Observations of Interplanetary Shocks in Solar Cycle 25
本研究利用太阳轨道器的新观测数据，对第25太阳活动周上升期内日球层首批100个行星际激波开展普查，分析其参数、波动环境及高能粒子响应，并公开相关数据与激波识别算法。
2024-10-31 astro-ph.SR physics.space-ph
Solar Wind with Field Lines and Energetic Particles (SOFIE) Model: Application to Historical Solar Energetic Particle Events
该研究将数据驱动、自洽的SOFIE模型用于九个历史太阳高能粒子事件，耦合AWSoM-R、EEGGL与M-FLAMPA模拟太阳风、CME及粒子加速输运，并利用多类观测验证其性能。
2023-09-29 astro-ph.SR physics.space-ph
On the reason for the widespread energetic storm particle event of 13 March 2023
本文通过多航天器观测和磁流体动力学模拟，研究了2023年3月13日罕见的环太阳高能风暴粒子事件，发现单一环太阳爆炸波激波和多个日冕物质抛射组合两种情景均可解释观测，其中爆炸波情景对激波到达时间的预测略优。
2025-02-10 astro-ph.SR physics.space-ph
Acceleration of Energetic Ions in Corotating Interaction Region near 1.5 au: Evidence from MAVEN
1 au和3 au之间的观测的缺乏限制了我们对行星际空间高能粒子加速过程的理解。我们提出了第一种观测的高能粒子加速度在共转相互作用区（CIR）使用的数据从两个有利位置，1 AU（近地球）和1.5 AU（近火星）。2015年6月的CIR事件是由高级成分探测器（ACE）卫星上的粒子探测器以及位于1.5 AU附近的火星大气和挥发物演变（MAVEN）航天器上的SEP（太阳高能粒子）仪器观测到的。我们发现，即使在1.5 AU的CIR冲击可以加速大量的粒子。在这一事件中，与CIR相关的冲击加速可能会导致SEP高能离子通量在~500 keV至2 MeV范围内的约两个数量级的增强，当1和1.5 AU附近的观测进行比较。为了证明CIR和其他脉冲事件中SEP加速之间的差异，我们在2015年3月的强烈CME期间显示了高能离子通量观测，在这种情况下，即使在1 AU也可以看到增强的SEP通量。这些观测提供的证据表明，CIR冲击可以加速地球和火星之间的区域的粒子，也就是说，只有在短的日心距离0.5 au，在行星际空间。
2019-08-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Solar Energetic Particle drifts in the Parker spiral
帕克螺旋行星际磁场中的漂移是银河宇宙射线传播的重要组成部分，而对于太阳高能粒子（SEP），它们被认为是可以忽略的。因此，在SEP传播建模和数据分析中，它们迄今为止一直被忽略。我们研究漂移速度的帕克螺旋内的单粒子一阶绝热理论，在一个本地坐标系的轴平行于磁场。我们表明，在行星际空间中存在散射时，SEP能量范围高端的质子经历了显着的梯度和曲率漂移。在无散射的情况下，存在由于磁场曲率引起的漂移。漂移速度的大小在高日面纬度比在黄道附近增加了一个数量级以上;它与太阳的径向距离r有很强的依赖性，在低日面纬度r~1 AU和高日面纬度r~10 AU时达到最大值。由于漂移速度的质量对电荷的依赖性，部分电离的SEP重离子的漂移效应比质子强。因此，漂移很可能是一个相当大的来源，跨场运输的高能量SEP。
2013-07-08 astro-ph.SR physics.space-ph
Distribution of energetic oxygen and hydrogen in the near-Earth plasma sheet
不同离子种类的空间分布是等离子体片动力学的有用指标。在这项统计研究的基础上7年的集群观测，我们建立的空间分布的氧离子和质子的能量从274到955 keV，取决于地磁和太阳风（SW）的条件。与质子相比，高能氧的分布对地磁活动的响应具有更强的晨昏不对称性。当行星际磁场（IMF）指向南方时，氧离子在尾部等离子体片中表现出明显的加速。SW动态压力（$\mathit{P}_{dyn}$）的变化以相同的方式影响氧和质子强度。在地磁扰动、SW $\mathit{P}_{dyn}$增强和向南IMF期间，高能质子在近地黄昏侧显示出显着的强度增加，这意味着那里存在有效的感应加速机制，并且由于近地尾部磁场梯度的增加而产生强烈的黄昏漂移。在地磁扰动和SW $\mathit{P}_{dyn}$增强的情况下，观测到向阳面等离子体片中高能离子损失更高。这些观察结果与理论模型一致。
2016-06-06 physics.space-ph
Energetic ($<$ 2 MeV) ion fluxes measured by ASPEX-STEPS on board Aditya-L1 during its earth-bound phase
该研究利用 Aditya-L1 地球束缚阶段 ASPEX-STEPS 测量的高能离子数据，结合 ACE 和 GOES 观测，分析了 IMF B_z 不同状态下 ICME 产生的 SEP 与亚暴离子的相对作用，发现方向各向异性反映离子空间非均匀混合。
2025-08-25 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Global Prompt Proton Sensor Network: Monitoring Solar Energetic Protons based on GPS Satellite Constellation
全球定位系统卫星上的高能粒子仪器构成了一个强大的全球瞬发质子传感器网络，为监测和确定以地球为目标的太阳高能质子的特征提供了前所未有的机会。全球定位系统星座的中地球轨道具有独特的优势，可以从开放和封闭场线区域的多个点同时测量太阳高能质子。通过研究太阳质子事件的两个示例间隔，我们在这项研究中展示了如何准备、校准和利用GPS质子数据来揭示太阳质子的重要特征，包括它们的来源、行星际冲击的加速/散射、这些冲击撞击地球时的相对位置、太阳粒子锋的形状、太阳质子进入动态地磁场的情况，以及能量和空间中随时间变化的质子分布。通过与Van Allen Probes资料的比较，进一步证明了GPS质子观测不仅可用于定性监测太阳质子动力学，而且可用于定量科学研究，包括确定截止L壳层。我们的研究结果表明，这个GPPSn可以与其他现有的太阳质子监测器联手，并有助于观察，预警，理解和最终预测即将到来的太阳高能质子事件。
2020-01-08 physics.space-ph
Localized enhancements of energetic particles at oblique collisionless shocks
本文利用三维实验粒子模拟方法研究了非相对论斜快无碰撞激波加速带电粒子的空间分布。我们发现，低能量粒子的密度表现出局部增强的冲击，类似于“尖峰”测量行星际冲击。与以前的结果相比，基于数值解的集中输运方程，我们发现一个冲击尖峰的任何磁取向，从准垂直到平行。我们比较的俯仰角分布相对于当地的磁场和动量分布远下游和非常接近的冲击内的尖峰，我们的研究结果是兼容的预测从散射的无冲击漂移加速度（SDA）在这些地区的限制。旅行者1号在太阳终端激波处测量到的低能粒子的增强与我们的剖面相当。我们的模拟允许预测超热质子在行星际冲击在10个太阳半径内进行测试的太阳探测器任务。他们也有影响的解释离子加速超新星遗迹冲击。
2015-02-09 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Plasma Depletion and Mirror Waves Ahead of Interplanetary Coronal Mass Ejections
我们发现，快速行星际日冕物质抛射（ICME）和它们的前冲击之间的鞘区往往具有等离子体耗尽和镜像波结构，类似于行星磁鞘。这些签名的磁云（MC）鞘的案例研究表明，等离子体耗尽层（PDL）符合磁场披覆在MC周围。在同一事件中，我们观察到增强的热各向异性和等离子体β以及反相关密度和磁波动，这是镜像模式波的签名。我们进行了叠加时代分析的ACE和风等离子体和磁场数据从不同类别的ICME照亮这些地区的一般属性。对于冲击前的MC，鞘层具有平均持续时间为6小时的PDL（对应于约0.07 AU的空间跨度）和质子温度各向异性${T_{\perp p}\over T_{\parallel p}}\simeq 1.2$-1.3，并且相对于镜像不稳定性略微不稳定。对于ICME与前面的冲击，不是MC，等离子体耗尽和镜像波也存在，但在一个降低的水平。没有冲击的ICME与这些特征无关。这三类ICME之间的差异意味着这些特征取决于ICME的几何形状和ICME对上游太阳风的压缩程度。我们讨论了这些功能的各种关键的物理过程，包括磁重联，磁洞的形成和高能粒子调制的太阳风的影响。
2006-07-04 physics.space-ph
Modelling Solar Energetic Particle transport near a wavy Heliospheric Current Sheet
了解太阳高能粒子（SEP）从太阳加速点到行星际空间和地球的传输是预测空间天气的重要问题。行星际磁场（IMF）具有两个不同的极性和复杂的结构，控制着高能粒子的输运和漂移。本文首次分析了波浪形日球电流片（HCS）对SEP传播的影响。我们在太阳附近注入质子，并在弱散射的情况下，通过整合日光层内部的全三维轨迹来传播它们。我们使用基于磁场源表面图（SSM）的中性线的拟合来对HCS位置进行建模。我们映射1 AU质子过境点，这表明通过HCS在经度上的高效运输，这取决于相对于HCS的注入区域的位置。对于HCS倾斜角周围$30^\circ-40^\circ$，我们发现显着的定性差异之间的A+和A $-$配置的国际货币基金组织，具有较强的通量沿HCS在前一种情况下，但与分布的粒子在更广泛的范围内的纬度和纬度在后者。我们展示了波浪形电流片如何导致粒子注量的纵向周期性增强。我们表明，对于一个A+ IMF配置，波浪形HCS允许更多的质子减速比平坦的HCS。我们发现，A $-$ IMF配置比A+ IMF配置的结果在更大的平均注量，由于在电流片的径向漂移分量。
2017-12-11 astro-ph.SR physics.space-ph
Escape of Flare-accelerated Particles in Solar Eruptive Events
脉冲太阳高能粒子事件被广泛认为是由于太阳爆发事件产生的耀斑加速粒子迅速逃逸到行星际介质中。然而，根据这类事件的标准模型，被耀斑重联加速的粒子应该仍然被困在构成日冕物质抛射的通量绳中。这些粒子应该很晚才能和大量的喷出物一起到达地球。为了解决这个矛盾，我们已经扩展了我们以前的轴对称模型的耀斑加速粒子逃逸到完全三维（3D）的几何形状。我们报告的结果，磁流体动力学模拟的日冕系统，其中包括一个双极活动区嵌入在一个背景的全球偶极子场结构的太阳风。我们的模拟显示，多个磁重联事件发生之前和期间的CME爆发和行星际传播。除了建立通量绳的事件之外，开放场和CME之间的重联将闭合的日冕耦合到开放的行星际场。耀斑加速的粒子最初被捕获在日冕物质抛射中，因此可以沿着磁重联的尾迹进入开放的行星际磁场。这些3D结果与我们以前的计算之间的一个关键区别是，交换重联允许加速粒子从CME通量绳深处逃逸。我们估计的粒子逃逸通道的空间范围。耀斑加速和释放的高能粒子通过CME/开放场耦合之间的相对定时也被确定。我们的所有结果都比观测结果好。
2019-09-30 astro-ph.SR physics.space-ph
The effect of a southward interplanetary magnetic field on Störmer's allowed regions
带电粒子在磁偶极子中的运动首先由斯托默研究。从历史的角度回顾了Stormer理论在极光、宇宙射线和范艾伦辐射带粒子中的不同应用。在本文中，我们扩展了Stormer理论，以考虑由一个额外的均匀和稳定的行星际磁场（IMF），其方向是平行或反平行于磁矩的偶极子所产生的影响。一个新的表达式推导出的Stormer潜在的考虑到额外的IMF组件。它示出了如何Stormer的允许和禁止区的影响，实施向北或向南IMF，以及如何向南转向IMF的方向，使它更容易为太阳高能粒子和银河宇宙射线进入内部的地磁场沿互连的磁场线。
2012-07-21 astro-ph.EP physics.space-ph
On the Role of Interplanetary Shocks in Accelerating MeV Electrons
本研究通过STEREO卫星数据，提出新滤波方法识别2007-2019年间与强行星际激波相关的MeV电子增加事件，发现9例明确案例，均与传输速度超900 km/s的CME驱动激波相关，表明此类激波在1 AU处可加速电子至MeV能量。
2023-01-13 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.space-ph
Interplanetary medium monitoring with LISA: lessons from LISA Pathfinder
欧洲航天局（欧空局）的激光干涉仪空间天线（LISA）将是第一个在1天文单位处绕太阳运行的低频引力波观测站。LISA探路者（LPF）任务旨在测试LISA航天器（S/C）上的仪器，除其他外，该任务载有作为诊断子系统组成部分的磁通门磁力计和一个粒子探测器。这些仪器使我们能够估计作用在构成干涉仪反射镜的测试质量上的磁和库仑杂散力。有了这些仪器，我们也有可能研究作为粒子能量函数的银河宇宙线短期变化和相关的行星际扰动。平台磁力计和粒子探测器也将放置在每个LISA S/C上。这项工作报告的经验方法，使我们能够解开行星际和板载产生的磁场的组成部分，通过使用LPF磁强计测量。此外，我们估计的数量和注量的太阳高能粒子事件预计将观察到的欧空局下一代辐射监测器在任务寿命。与为LPF设计的宇宙射线探测器类似的另一个宇宙射线探测器与磁力计相结合，将能够观测周期性和非周期银河宇宙线变化的演变，以及在高速太阳风气流过境和行星际对应的日冕物质抛射过境时行星际磁场的相关增加。LISA的诊断子系统使这一飞行任务也成为空间天气科学调查的天然多点观测站。
2022-09-25 astro-ph.IM physics.space-ph
CME -Associated Energetic Ions at 0.23 AU -- Consideration of the Auroral Pressure Cooker Mechanism Operating in the Low Corona as a Possible Energization Process
我们绘制了一个太阳高能粒子事件与释放一个缓慢的日冕物质抛射接近太阳，高能粒子人口产生的高电流密度场排列电流结构与极光现象在行星磁层之间的比较。我们认为，这一过程是常见的日冕物质抛射的发展和升空的日冕，并可能占电子人口产生III型射电暴，以及为提示高能离子和电子人口通常观察到行星际空间。
2019-12-18 astro-ph.SR physics.space-ph
Interpretation of increased energetic particle flux measurements by SEPT aboard the STEREO spacecraft and contamination
上下文行星际（IP）激波被认为是在日光层中原位观测到的高能带电粒子的加速器。然而，行星际介质中的冲击对近相对论电子的加速经常受到质疑。2011年8月9日，一个共旋相互作用区（CIR）经过STEREO B（STB），导致太阳电子和质子望远镜（SEPT）的电子和离子通道的通量增加。由于在几keV到几百keV范围内的电子测量依赖于所谓的磁箔技术，这是由SEPT利用，离子可以有助于电子通道。目标。我们的目的是调查是否在2011年8月9日CIR事件中的SEPT的电子通道的通量增加是由离子污染。方法.我们计算的SEPT响应函数的质子和氦利用更新的GEANT 4模型的SEPT。假设质子和氦的CIR高能粒子离子谱遵循带函数，每个核子的能量具有恒定的氦质子比。结果我们的分析导致氦质子比为16.9%，质子通量遵循带函数，参数为$I_0 = 1.24 \cdot 10^4$ /（cm 2 s sr MeV/nuc.），$E_c = 79$ keV/nuc.和$γ_1 = -0.94$和$γ_2 = -3.80$的光谱指数，它们与STB上的超热离子望远镜（SIT）的测量结果符合得很好。结论.由于我们的结果解释了SEPT测量，因此我们得出结论，CIR在$55$ keV和$425$ keV之间没有显著量的电子被加速。
2018-01-04 astro-ph.SR physics.space-ph
Solar energetic particle access to distant longitudes through turbulent field-line meandering
上下文现有的太阳高能粒子（SEP）传播模型采用Fokker-Planck（FP）方程，将行星际等离子体湍流对SEP的影响描述为扩散。然而，FP模型不能解释所观察到的快速访问的SEP跨越平均磁场的区域，在日光层内的经度广泛分离，而不使用不切实际的强交叉场扩散。目标。我们研究了最近提出的早期非扩散阶段的SEP传播是否可以解释广泛的SEP事件与现实的粒子输运参数。方法.我们使用了一种新的模型，占SEP传播沿场线蜿蜒作为等离子体湍流的结果。这种非扩散传播模式已被证明在SEP事件历史的早期主导SEP跨场传播。我们比较了新的模型，传统的方法，SEP观测。结果使用新的模型，我们重现所观察到的纵向范围SEP峰值通量的特点是由一个高斯分布与$σ=30-50^\circ$，而目前的扩散理论只能解释的程度11 $^\circ$与现实的扩散系数。我们的模型还再现了SEP到达遥远大陆的时间，这不能用扩散模型来解释。结论. SEP的早期发作在很宽的范围内，可以被理解为行星际介质中的磁场线随机游走的影响的结果，并需要一个SEP传输模型，适当地描述了非扩散早期阶段的SEP跨场传播。
2016-04-08 astro-ph.SR physics.space-ph
Recurrent Solar Energetic Particle Flux Enhancements Observed near Earth and Mars
2016年8月1日至11月15日期间，日球层中存在共转相互作用区（CIR）和一些弱的日冕物质抛射（CME）。在这项研究中，我们显示了在此期间在地球（1 AU）和火星（1.43-1.38 AU）附近观察到的周期性高能电子和质子增强。地球附近的观测使用ACE、SOHO和SDO上仪器的数据，而火星附近的观测则使用MAVEN上的SEP、SWIA和MAG仪器。在此期间，在地球和火星附近观测到的高能电子通量在四个太阳自转周期中表现出显著的周期性增强，主要周期为~27天和~13天。MARSIS/MEX观测到火星雷达信号的周期性中断/减弱，这与太阳高能电子增强有关。在此期间，一个弱的CME和高速流（HSS）相关的行星际激波可以与CIR相互作用，并增强1.43-1.38 AU附近的高能质子通量，因此，质子通量的27天周期在1.43-1.38 AU显着减弱。这些事件也会对火星顶侧电离层造成意想不到的影响，例如MAVEN上的LPW和NGIMS观测到的顶侧电离层耗尽和压缩。这些观测是独特的，不仅因为在两个有利位置看到的电子增强的重复性，而且因为它们揭示了弱CME和行星际激波对火星电离层的意外影响，这为CME-HSS相互作用对火星等离子体环境的影响提供了新的见解。
2020-10-08 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.geo-ph
Spreading protons in the heliosphere: a note on cross-field diffusion effects
我们研究了如何嵌入在一个缓慢的太阳风高速太阳风流影响太阳高能质子在行星际空间的运输和能量变化，假设不同水平的交叉场扩散。这是使用粒子输运模型，计算定向粒子强度和一阶平行各向异性的背景太阳风产生的磁流体动力学模型EUHFORIA。特别是，我们认为一个单能量4兆电子伏的质子注入位于0.1 AU的日射径向距离的扩展区域。通过使用不同的垂直质子平均自由程值，我们研究了交叉场扩散如何影响高能粒子在高速太阳风流和共转相互作用区（CIR）附近的传播和强度分布。我们发现，一个强大的交叉场扩散和太阳风稀疏区域都能够有效地分散SEP，产生整体低粒子强度，在某些情况下，可以防止SEP被检测到原位，因为它们的强度可能会下降到低于检测到的事件前的强度水平。我们还讨论了如何加速粒子种群形成的反向和正向冲击波，分离的内部CIR流接口。在强水平的交叉场扩散下，粒子穿过SI，因此两个加速粒子群合并在一起。
2019-08-02 physics.space-ph
In Situ Observations of Preferential Pickup Ion Heating at an Interplanetary Shock
非热拾取离子（PUI）是在太阳风（SW）中通过SW离子（SWI）与星际慢中性原子之间的电荷交换而产生的。长期以来，人们一直认为，与热SWI相比，PUI应该优先在准垂直冲击下加热，但没有直接观察到。本文利用新视野号的绕冥王星太阳风（SWAP）仪器，在距太阳34天文单位的位置，对行星际激波处的星际氢（H+）质子交换膜进行了原位观测。在这个冲击波中，H+ PUI只占总质子密度的百分之几，但包含了大部分的内部粒子压力。SW流速和同时加热的H+ SWIs观察到的冲击前逐渐减少，这表明上游高能粒子压力梯度。H+ SWI在冲击波上损失了约85%的能通量，H+ PUI优先被加热。此外，在冲击下游观察到PUI尾部，因此所有H+ PUI的能通量大约是H+ SWI的六倍。我们发现，H+ PUI，包括他们的超热尾，包含几乎一半的总下游能量通量的冲击帧。
2018-07-13 physics.plasm-ph physics.space-ph
Acceleration and propagation of Solar Energetic Particles
太阳高能粒子（SEP）是空间天气的重要组成部分，包括对人体和电子设备的辐射危害以及地球大气层的电离。我们回顾了SEPs的主要观测结果，我们目前对它们的加速和运输的理解，并讨论了这些知识如何被纳入空间天气预报工具。本文讨论了太阳耀斑和日冕物质抛射引起的激波加速机制，以及太阳爆发事件的特征与行星际空间SEP探测之间的时序关系。SEP事件的参数是如何相关的父太阳活动的证据进行审查和运输影响SEP传播到近地位置的影响。最后讨论了空间天气SEP效应的预报方法。我们的结论是，耀斑和日冕物质抛射冲击加速有助于空间天气相关SEP人口，并需要考虑在预测工具。
2017-05-20 astro-ph.SR physics.space-ph
The effect of solar wind on the charged particles' diffusion coefficients
本文利用聚焦方程研究太阳风对高能带电粒子扩散系数的影响，发现粒子接近太阳时沿磁场扩散需考虑太阳风效应，对太阳附近粒子输运研究有重要意义。
2023-10-13 astro-ph.SR physics.space-ph
Connecting solar flare hard X-ray spectra to in situ electron spectra. A comparison of RHESSI and STEREO/SEPT observations
我们比较了耀斑加速高能电子在太阳的特性注入行星际空间。我们已经确定了17个高能电子事件，以及与STEREO上的SEPT仪器观察到的硬X射线（HXR）耀斑与RHESSI航天器观察到一个明确的关联。我们比较的RHESSI HXR谱的谱指数与行星际电子。由于现场电子光谱的双幂律形状频繁，我们特别注意用于比较的光谱指数的选择。电子爆发和相关的III型和微波爆发之间的时间差表明，电子事件是在1天文单位检测到的，明显的延迟范围从9到41分钟。虽然母太阳活动明显是脉冲的，也显示出与极紫外线喷流的高度相关性，但大多数研究事件都与日冕物质抛射（CME）在时间上重合。尽管观察到的发病延迟和CME的存在下，在低日冕，我们发现一个显着的相关性约0.8之间的光谱指数的HXR耀斑和原位电子。如果只考虑具有显著各向异性的事件，则相关性增加。这表明，传输效应可以改变注入的光谱，导致强烈减少耀斑加速的印记。我们的结论是，行星际传输效应时，必须考虑到推断太阳高能电子事件的初始加速。虽然我们的研究结果表明，一个清晰的印记耀斑加速分析的事件样本，二次加速可能存在，这可以解释所观察到的延迟。然而，有限的和可变的俯仰角覆盖的SEPT也可能是观察到的延迟的原因。
2021-08-20 astro-ph.SR physics.space-ph
