Element Abundances of Solar Energetic Particles and the Photosphere, the Corona, and the Solar Wind
太阳高能粒子（SEP）中元素丰度的研究经历了一个动荡的历史，现已发展成为一个广泛的领域，它探讨了日冕和SEP加速和传输的物理过程。潜在的SEP是日冕的丰度，它不同于光球丰度作为元素的第一电离势（FIPs）的函数。SEP的FIP依赖性也不同于太阳风;每种都有不同的磁场环境，其中低FIP离子和高FIP中性原子上升到日冕。两个主要来源产生SEP：小的“脉冲”SEP事件与太阳喷流中的磁重联有关，其产生1000倍的增强，从H到Pb作为质荷比A/Q的函数，以及由共振波-粒子相互作用产生的3 He/4 He增强1000倍。在大的“渐进”事件中，SEP被广泛的、快速的日冕物质抛射（CME）从太阳驱动的冲击波加速。离子输运的A/Q依赖性允许我们估计Q，从而估计源等离子体温度T。较弱的冲击波有利于再加速超热离子积累从早期脉冲SEP事件，以及质子从周围的等离子体。在强冲击中，周围的等离子体占主导地位。来自脉冲源的离子具有T ~ 3 MK，而来自环境日冕等离子体的离子具有T = 1 - 2 MK.这些FIP和A/Q的依赖性探索复杂的新的相互作用的电晕和SEP源。
2019-11-21 astro-ph.SR physics.space-ph
SWASTi-CME: A physics-based model to study CME evolution and its interaction with Solar Wind
本文提出集成于SWASTi框架的SWASTi-CME模型，通过模拟不同太阳风条件下CME的传播与相互作用，揭示了背景条件对CME特性、形变及幂律膨胀的影响。
2023-10-27 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
An inner boundary condition for solar wind models based on coronal density
随着社会越来越依赖易受空间天气事件影响的技术，对太阳风的准确预报变得越来越重要。这项工作描述了一个内边界条件的环境太阳风模型的基础上获得的日冕等离子体密度从日冕观测的层析成像图，提供了一种新的替代磁外推。断层密度图提供了一个直接的约束日冕结构在日心距离为4至8 Rs，从而避免了需要模拟复杂的非径向低日冕。一个经验的逆关系将密度转换为太阳风速度，该速度被用作日光层逆风外推（HUXt）模型的内边界条件，以给出地球上环境太阳风速度。动态时间规整（DTW）算法被用来量化层析成像/HUXt输出和原位数据之间的协议。然后使用穷举搜索方法来调整下边界速度范围，以优化模型。早期的结果显示，与MAS/HUXt耦合模型相比，模拟和观测到的太阳风速度之间的平均绝对误差降低了32%。因此，使用从断层摄影获得的密度图作为内部边界约束是日冕磁模型的有效替代方案，并提供了一个显着的进步，在该领域的常规天基日冕观测的可用性。
2022-07-21 astro-ph.SR physics.space-ph
Machine Learning Approach for Solar Wind Categorization
太阳风的分类有助于了解太阳物理过程和行星际空间太阳风的演变，有助于空间天气事件的预警。随着人工智能领域的快速发展，机器学习方法越来越多地用于模式识别。在这项研究中，从机器学习的角度来自动分类的太阳风在1 AU分为四种类型：日冕洞的起源，流光带起源，扇区反转区域起源，和喷出物的方法。通过穷举法，在13个太阳风参数的8191个组合中，一个八维方案（$B_T$，$N_P$，$T_P$，$V_P$，$N_{αp}$，$T_{exp}/T_P$，$S_p$，和$M_f$）表现最好。10个流行的监督机器学习模型，即$k$最近邻（KNN），线性和径向基函数核的支持向量机，决策树，随机森林，自适应提升，神经网络，高斯朴素贝叶斯，二次判别分析，极端梯度提升，被应用到标记的太阳风数据集。其中，KNN分类器获得了最高的总体分类准确率，为92.8%。它比现有的手动计划显着提高了9.6%的准确性。不需要太阳风组成测量，使我们的分类方案适用于大多数太阳风航天器数据。另外，两个应用实例表明，太阳风分类有助于预测磁暴和地球同步轨道航天器表面充电的风险评估。
2019-08-23 physics.space-ph
Proton heating by pick-up ion driven cyclotron waves in the outer heliosphere: Hybrid expanding box simulations
利用一维混合膨胀箱模型研究了日球层外太阳风的特性。我们假设一个质子-电子等离子体与严格的横向环境磁场，旁边的膨胀，我们考虑到连续注入的冷拾取质子之间的电荷交换过程的影响太阳风质子和星际起源的氢。注入的冷拾取质子形成一个环形分布函数，迅速变得不稳定并产生阿尔文回旋波。阿尔文回旋波将拾取的质子散射到球壳分布函数中，由于膨胀驱动的冷却，球壳分布函数随时间变厚。阿尔芬回旋波通过回旋共振在垂直于环境磁场的方向上加热太阳风质子。稍后，阿尔文回旋波变得参数不稳定，产生的离子声波通过朗道共振在平行方向上加热质子。由此产生的太阳风质子的加热在膨胀时间尺度上是有效的。
2016-09-07 astro-ph.SR physics.space-ph
On Deflection of Solar Coronal Mass Ejections by the Ambient Coronal Magnetic Field Configuration
太阳日冕物质抛射（CME）在传播过程中有时会发生偏转。这种偏转可能是日冕物质抛射与冕洞或太阳风相互作用的结果。我们分析了44 halo-CME的偏转角超过90度。日冕磁场配置是使用位场源面（PFSS）模型从SOHO/MDI和SDO/HMI的磁场的每日天气图计算的。通过比较环境磁场配置和CME的测量位置角（MPA），我们得出结论，80%的CME（44个中的35个）的偏转与环境磁场配置一致，同意与以前的研究。其中71%偏向日光层电流片（HCS），29度偏向伪流光（PS），即同极性磁场区域之间的边界。这意味着环境日冕磁场位形在日冕物质抛射的偏转中起着重要和主要的作用，并且HCS位形比PS更重要。如果我们从样本中排除13个具有更高不确定性的CME，CME的偏转和环境场配置之间的一致性大幅增加，在31个CME的新样本中达到94%。
2019-09-13 astro-ph.SR physics.space-ph
Sudden depletion of Alfvénic turbulence in the rarefaction region of corotating solar wind high speed streams at 1 AU: possible solar origin?
共转太阳风高速流的速度分布的规范描述可分为三个主要区域：流界面或共转相互作用区域，其特征是流速快速增加和压缩现象，这是由于快风流与周围较慢的等离子体之间的动力学相互作用造成的;快风平台，其特征是弱压缩现象和大幅度波动，主要是Alfvénic特征;稀疏区的特点是流速和风波动的幅度和Alfvénic字符急剧减少的下降趋势，其次是缓慢的环境风。有趣的是，在某些情况下，这些波动发生严重减少的区域在时间上非常短，大约为分钟，并且位于将快速风平台与稀疏区域分开的流速拐点处。这项工作的目的是调查可能是这种现象的起源的物理机制。我们首先寻找任何切向不连续的存在，这可能会抑制传播的Alfvénic波动从快风区到稀疏区。由于没有明确的证据表明这两个区域之间存在这种不连续性，因此我们对相应的太阳风进行了离子成分分析，寻找可能与风波动中观察到的现象有关的次要离子参数（作为源区的示踪物）的任何突然变化。在缺乏一个积极的反馈，从这个分析中，我们最后提出了一个机制的基础上交换重联经历的磁力线在基地的日冕，在该区域内分离的冕洞，快风的来源，从周围地区的主要特点是封闭的场线的开放场线。
2021-08-21 astro-ph.SR physics.space-ph
Mirror instability in the turbulent solar wind
采用二维混合膨胀箱模拟方法研究了慢膨胀等离子体中强湍流衰减与镜像不稳定性之间的关系。我们施加一个初始的环境磁场垂直于模拟箱，我们开始与大规模的，线性极化，随机相位Alfvenic波动之间的动能和磁场波动和消失的相关性之间的能量均分的频谱。湍流级联迅速发展，磁场起伏在大尺度下呈现出类似于Kolmogorov的幂律谱，在亚离子尺度下呈现出较陡的谱。强加的膨胀（采取严格的横向环境磁场）导致产生一个重要的垂直质子温度各向异性，最终驱动镜不稳定性。这种不稳定性产生大幅度的，非传播的，可压缩的，压力平衡的磁结构的形式的磁增强/驼峰，降低垂直温度各向异性。
2017-03-17 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
On The Influence Of The Solar Wind On The Propagation Of Earth-impacting Coronal Mass Ejections
本研究通过分析STEREO/HI观测的15起撞地CME事件，探究太阳风对其传播的影响，发现多数CME呈自相似膨胀，仅少数发生偏转或旋转，揭示了CME与太阳风、环境磁场的相互作用机制，为空间天气预报提供支撑。
2024-11-02 astro-ph.SR physics.space-ph
Can solar wind viscous drag account for CME deceleration?
到目前为止，已经根据经验阻力系数$C_{\rm D} \sim 1$评估了作用于行星际介质中太阳日冕物质抛射（CME）的力，该系数量化了典型CME由于与环境太阳风相互作用而经历的气动阻力的作用。我们使用湍流太阳风中粘性的微物理处方来获得阻力系数$C_{\rm D}$的分析模型。这是第一次对日冕物质抛射所经历的气动阻力进行物理表征。我们使用这个物理动机的处方$C_{\rm D}$在一个简单的，一维模型CME传播，以获得速度分布和旅行时间，同意以及观察到的减速经历的快速CME。
2012-09-12 astro-ph.SR physics.space-ph
Effects of background solar wind and drag force on the propagation of coronal mass ejection driven shock
本研究针对两次相似的日冕物质抛射驱动激波事件，结合观测与全球MHD模拟，发现背景太阳风速度与阻力通过间接作用影响激波传播，解释了初始速度不同的激波传播时间相近的现象，为激波到达时间预报提供了关键依据。
2024-11-01 astro-ph.SR physics.space-ph
The effect of uncertainties in reproducing the ambient solar wind at Earth on forecasting CME arrival times
本研究利用机器学习技术基于L1点太阳风观测与模拟的差异，训练KNN、SVM和LR模型来纠正CME到达时间的预报误差，最佳单变量和多变量模型分别将预报误差减少了36.6和45分钟。
2025-08-15 physics.space-ph
Energy dissipation processes in solar wind turbulence
湍流是由不规则流填充的混沌流态。湍流的耗散是物理学领域中的一个基本问题。从理论上讲，如果没有碰撞，耗散最终无法实现，因此如何在几乎无碰撞的太阳风中耗散湍流动能是一个具有挑战性的问题。波粒相互作用和磁重联是两种可能的耗散机制，但哪种机制占主导地位仍是一个有争议的话题。在这里，我们分析的耗散区域缩放周围的太阳风磁重联区域。我们发现磁重联区域在耗散范围内表现出独特的多重分形标度，而周围的太阳风湍流在大部分时间内表现出单分形耗散过程。这些结果为磁重联点周围的间歇性多重分形耗散区标度提供了第一个观测证据，同时也对基本的能量耗散过程具有重要意义.
2015-12-31 astro-ph.SR physics.space-ph
Turbulence Driving by Interstellar Pickup Ions in the Outer Solar Wind
我们重新审视的问题，如何不稳定的散射的星际拾取离子（PUI）可能会驱动外部太阳风的湍流，以及为什么这种散射释放到波动的能量似乎显着低于标准的双球面预测。我们认为，在散射过程中的环境湍流的新拿起的离子的散射可以导致在一个更球形的分布的PUI，并减少产生的波动能量的水平与湍流强度和核心太阳风加热的观察一致。这种情况意味着一个自我调节机制的运作，保持在PUI主导的太阳风的湍流和加热的观察条件。
2023-01-20 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
A Machine Learning Approach to Understanding the Physical Properties of Magnetic Flux Ropes in the Solar Wind at 1 AU
本研究应用机器学习比较太阳风中磁云与小尺度磁通量绳的等离子体性质，发现SMFRs与周围太阳风性质几乎相同，支持其由太阳风内部产生的观点。
2023-11-15 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
CME propagation: Where does solar wind drag take over?
我们研究了一组8个观测良好的太阳日冕物质抛射（CME）的日地动力学数据从STEREO航天器。我们试图量化这些CME和环境太阳风之间的动量耦合程度（即，气动阻力）影响它们的动力学。为此，我们使用的结果从一个3D磁绳模型拟合到CME数据。我们发现，太阳风的气动阻力充分占我们的样本中最快的日冕物质抛射的动态。对于相对较慢的日冕物质抛射，我们发现，从15至50 $R_{\odot}$日心距离以下启动的基于阻力的模型不能解释所观察到的日冕物质抛射轨迹。这与一般认为缓慢日冕物质抛射的动力学主要受几个$R_{\odot}$以上的太阳风阻力影响的看法不同。在15- 50 $R_{\odot}$以上，几个慢日冕物质抛射以大致恒定的速度传播。因此，在这些高度以上启动的基于阻力的模型需要可忽略的气动阻力来解释其观察到的轨迹。
2015-08-21 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Statistical study of magnetosheath jet-driven bow waves
当磁鞘喷流（局部动态压力增强）以比局部磁声速更快的（相对）速度压缩周围磁鞘时，在喷流前方可以形成头波或激波。这种头波或冲击最近被观察到加速粒子，从而有助于磁鞘加热和粒子加速在地球弓形冲击的扩展环境。为了进一步了解喷流驱动的头波的特征，我们进行了统计研究，以检查哪些太阳风条件有利于它们的形成，以及它们是否通常会加速粒子。我们确定了2859个磁鞘喷流中的364个（13%）在它们前面有一个典型的马赫数大于1.1的头波或激波。我们发现，大的太阳风等离子体β，弱行星际磁场（IMF）的强度，大的太阳风阿尔芬马赫数，和强大的太阳风动态压力的形成提供了有利的条件。我们还表明，磁鞘射流与头波或冲击更频繁地与更高的最大离子和电子能量比那些没有他们，确认这是常见的这些结构，以加速粒子。特别是，磁鞘喷流与头波的电子能量通量平均增强了2倍相比，那些没有头波和周围的磁鞘。我们的研究表明，磁鞘喷流可以促进粒子的激波加速，特别是对于高马赫数激波。因此，激波模型应该推广到包括磁鞘喷流和伴随的粒子加速。
2020-02-18 physics.space-ph
