Energetic Proton Propagation and Acceleration Simulated for the Bastille Day Event of July 14, 2000
这项工作提出了2000年7月14日（“巴士底日”）太阳质子事件的模拟结果。我们使用了高能粒子辐射环境模型（EPREM）和SPE威胁评估工具（STAT）框架内的CORona-HELiosphere（CORHEL）软件套件来模拟由于CME通过低日冕而导致的质子加速到GeV能量，并将模型结果与GOES-08观测结果进行了比较。耦合模拟对粒子加速从1到20 $R_\odot$进行建模，之后仅对粒子传输进行建模。模拟大致再现了峰值事件通量，以及高能粒子事件的时间和空间位置。虽然模拟的前几个小时内的峰值通量和总体变化与观测结果吻合良好，但模拟的CME在几个小时后超出了内部模拟边界。因此，该模型准确地描述了在低日冕的加速过程，并解决了最快速的加速接近太阳的网站。来自地球附近多个模拟观测者的积分通量包络图进一步改善了与观测的比较，并增加了预测太阳粒子事件的可能性。在低能量范围内，能量谱的破幂律拟合符合扩散加速理论。在高能量范围内，它们展示了加速率的变化，并反映了太阳周期23 GLE观测到的事件间变化。我们讨论了改进STAT预测的方法，包括使用校正的GOES能量箱和计算种子光谱的拟合。本文展示了一个预测工具，模拟低冠SEP加速度。
2021-01-25 astro-ph.SR physics.space-ph
Distinguishing the Rigidity Dependences of Acceleration and Transport in Solar Energetic Particles
在太阳高能粒子（SEP）事件中，元素丰度增加与其质荷比A/Q的幂律关系提供了一种新的工具，可以测量来自加速和输运的组合刚性依赖性。区分这两个过程可能更具挑战性。然而，当SEP事件很小时，或者当离子甚至无散射地传播时，加速的影响占主导地位，并且传输可以主导具有流限制强度的大事件的时间演化。在太阳喷流中的磁重联产生正的A/Q功率从+2到+7和冲击加速度产生主要是负的功率从-2到+1在小和中等SEP事件中的运输影响是最小的。冲击加速度的刚性依赖性的这种变化可能反映了日冕冲击本身的非平面结构、复杂性和时间变化。在最大的SEP事件中，通过流动质子的波放大抑制了具有低A/Q的离子的逃逸，在加速冲击的上游产生了从+1到+3的A/Q的观测功率，在下游降低到小的负功率。当然，A/Q的幂与He、O和Fe的光谱指数相关，但仍存在无法解释的偏离。
2020-08-16 astro-ph.SR physics.space-ph
Acceleration of solar wind particles by traveling interplanetary shocks
研究了行星际球形激波中热太阳风质子在日冕物质抛射驱动下的加速。太阳风的速度分布表示使用$κ$ -功能，这是在响应于模拟的冲击转换在固定帧的流速，等离子体数密度，和温度。这些加热的太阳风的分布被指定为源谱在冲击，从该粒子具有足够的能量可以注入到扩散冲击加速过程。结果表明，冲击加速谱显示与压缩比的经典预期的幂律指数，扩散长度尺度必须超过压缩区域的宽度。激波加速谱的最大可达能量被发现是有限的行星际激波的渡越时间，而谱可能会加速到更高的能量，在存在更高水平的磁湍流或在更快移动的冲击。事实上，模拟表明，快速移动的冲击更有可能产生非常高能量的粒子，而与更硬的冲击加速谱相关的强冲击与更高强度的高能粒子有关。发现太阳风分布的先前加热在再现典型的高能风暴粒子事件的强度中补充冲击加速，特别是在注入能量高的地方。此外，模拟的$\sim$ 0.2至1兆电子伏的质子强度，自然再现所观察到的平坦的能谱之前，冲击通道。高能粒子加速从太阳风，由其先前的加热辅助，被证明有助于大大的强度在高能风暴粒子事件。
2019-05-21 physics.space-ph
Effect of acceleration and escape of energetic particles on spectral steepening at shocks
行星际激波的高能粒子谱在较窄的动量范围内呈现幂律，在较高能量时趋于软化。我们引入了一个传输方程占粒子加速和逃逸与扩散贡献的自生湍流附近的冲击和预先存在的湍流远上游。与扩散激波加速翻滚相比，上游颗粒强度在激波的一个扩散长度内变陡。由宏观参数如激波压缩、速度、远上游扩散系数和激波逃逸时间控制的动量谱可以简化为对数抛物线，也可以简化为破幂律。在上游均匀扩散系数的情况下，恢复了常用的幂律/指数截断解。
2020-12-22 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Global Numerical Modeling of Energetic Proton Acceleration in a Coronal Mass Ejection Traveling through the Solar Corona
太阳现象将质子和电子加速到高能（有时是GeV/核子）是空间天气的一个关键组成部分。这些太阳高能粒子（SEP）事件可能会损坏航天器和通信，并对人类造成辐射危害。对扩散加速和粒子传播的理想磁场进行了深入的粒子加速模拟，同时日冕物质抛射（CME）的MHD模拟质量得到了显著提高。然而，到目前为止，这两块拼图在很大程度上仍然是分离的。这样的结构可能不仅包含激波，还包含相当大的鞘层和其后面的堆积压缩区域，并且可能根据日冕的基本条件随经度和纬度而变化。在这项工作中，我们已经耦合的结果，从一个详细的全球三维MHD随时间变化的CME模拟的全球质子加速和运输模式，以研究SEP加速的时间依赖性影响之间的1.8和8太阳半径在2005年5月13日CME。我们发现，源人口被加速到至少100兆电子伏，分布增强到6个数量级。加速效率沿探测动态演化的日冕物质抛射的不同区域的磁力线变化很大，日冕物质抛射的动力学受大尺度日冕磁场结构的影响。我们观察到强烈的加速鞘区后面的冲击。
2014-06-09 astro-ph.SR 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
The Acceleration and Confinement of Energetic Electrons by a Termination Shock in a Magnetic Trap: An Explanation for Nonthermal Loop-top Sources during Solar Flares
太阳耀斑中的非热环顶源是日冕中能量释放和粒子加速的最显著的观测信号。虽然已经提出了几种粒子加速的方案，但环顶源的起源仍然不清楚。在这里，我们提出了一个模型，结合了大规模的磁流体动力学模拟的两个带状耀斑的粒子加速和传输模型调查电子加速的快模终止冲击在looptop。我们的模型提供了空间分辨的电子分布的动态耀斑的几何形状的演变。我们发现一个凹下的磁结构位于耀斑终止激波下方，由快速重联下降流引起。它作为一个磁阱，将电子长时间限制在环顶。当电子穿过冲击波阵面时，它们被显著地激发，并最终建立起延伸到数百keV的幂律能谱。我们认为，这种粒子加速和运输方案驱动的耀斑终止冲击是一个可行的解释所观察到的非热环顶源。
2019-11-19 astro-ph.SR physics.space-ph
The Acceleration of Electrons at Perpendicular Shocks and its Implication for Solar Energetic Particle events
我们提出了一个研究的电子在垂直冲击，通过湍流磁场传播的加速。利用混合（动力学离子和流体电子）模拟和测试粒子电子模拟相结合的方法研究了电子的碰撞过程。在该方法中，测试粒子电子的运动被数值积分在由二维混合模拟产生的随时间变化的电场和磁场中。我们表明，大规模的磁波动影响电子在许多方面，并导致有效和快速的冲击波前的电子。由于电子主要沿着磁力线运动，空间中磁力线的大规模编织使得快速移动的电子与冲击波阵面相互作用，并被加速多次。冲击波阵面中以不同尺度出现的波纹也将通过镜像电子而有助于加速。我们的计算表明，这一过程有利于电子加速在垂直冲击。加速效率主要取决于湍流振幅和相干长度。通过比较电子和质子的加速度，我们讨论了这一研究对太阳高能粒子（SEP）的意义。它们的相关性表明，垂直地震在SEP事件中起着重要的作用。
2012-07-27 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
A Self-consistent Simulation of Proton Acceleration and Transport Near a High-speed Solar Wind Stream
太阳风流相互作用区（SIR）的特征往往是高能离子增强。加速这些粒子的机制以及加速发生的位置仍然存在争议。在这里，我们报告了2019年9月帕克太阳探测器在~0.56 au和日地关系观测站在~0.95 au观测到的SIR事件的模拟结果，当时两个航天器都与太阳大致径向对齐。模拟再现了两个航天器观测到的太阳风配置和高能粒子增强。我们的研究结果表明，高能粒子产生的压缩波与SIR和超热尾的太阳风是一个很好的候选人，以提供粒子加速的种子人口。模拟证实，加速过程不需要冲击波，并且已经可以在地球轨道内开始，能量依赖于粒子加速的精确位置。太阳风流的三维结构强烈地调制了高能粒子的分布，说明了先进的模型来理解这些粒子事件的必要性。
2021-02-22 astro-ph.SR physics.space-ph
The Acceleration of Energetic Particles at Coronal Shocks and Emergence of a Double Power Law Feature in Particle Energy Spectra
我们提出了数值模拟的粒子加速日冕冲击波传播通过一个流光状的磁场通过求解帕克输运方程的空间扩散沿和跨磁场。我们表明，在冲击的高能粒子强度是最大的位置，取决于粒子的能量和时间。由于垂直激波几何形状和闭合磁场的俘获效应，粒子加速到100 MeV以上主要发生在激波-流注相互作用区。粒子谱与径向磁场中的粒子谱的比较表明，在100 MeV（200 MeV）处的强度增强了一个以上的数量级（两个数量级）。这表明，流状磁场可能是产生大的太阳高能粒子事件的一个重要因素。我们还表明，在模拟域集成的能量谱由两个不同的幂律。进一步的分析表明，它可能是两种不同的人口在流光和开放领域的加速，其中的加速率有很大的不同的混合物。我们的计算还表明，粒子谱的影响相当大的一些参数，如流光倾斜角，粒子的空间扩散系数，和冲击压缩比。虽然低能谱与标准扩散激波加速理论吻合良好，但断裂能范围从$\sim$ 1 MeV到$\sim$ 90 MeV，高能谱可以扩展到$\sim$ 1 GeV，斜率为$\sim$ 2-3。
2019-07-31 astro-ph.SR physics.space-ph
Solar Energetic Particle Acceleration by a Shock Wave Accompanying a Coronal Mass Ejection in the Solar Atmosphere
研究了伴随日冕物质抛射（CME）的激波对太阳高能粒子的加速作用。加速粒子谱演化的描述是基于数值计算的扩散输运方程与一组现实的参数。确定了CME与激波速度之间的关系，该关系依赖于CME的初始半径。根据CME的初始半径，它的速度，和散射阿尔芬波的磁能，加速粒子谱建立在10-60分钟从CME运动开始。粒子的最大能量达到0.1-10 GeV。3-5 $R_\odot$的CME半径和5-10 $R_\odot$的激波半径与观测结果一致。如果日冕中的湍流谱与Kolmogorov谱有很大的不同，则计算的粒子谱与地面探测器记录的事件中的观测粒子谱一致。
2017-02-08 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.space-ph
Exploring the Origin of Solar Energetic Electrons I: Constraining the Properties of the Acceleration Region Plasma Environment
本研究通过建模高能电子从日冕到1.0天文单位的输运过程，探究利用原位观测约束耀斑电子加速区等离子体性质的方法，发现日冕区温密特性会影响电子能谱特征，可通过低能段能谱观测验证，为定位加速区提供了新途径。
2023-10-06 astro-ph.SR physics.space-ph
Study of time evolution of the bend-over energy in the energetic particle spectrum at a parallel shock
激波加速被认为是天体物理高能粒子加速的最重要机制之一。在这项工作中，我们准确地计算了大量的测试带电粒子在一个平行的冲击与磁湍流的轨迹。为了理解高能粒子的加速机制，我们研究了激波下游加速粒子能谱的时间演化。从模拟结果中，我们得到了幂律的能量谱与弯曲的能量，$E_0$，随时间增加。由扩散激波加速模型（遵循Drury模型）得到激波穿越过程中粒子的平均加速时间和平均动量变化，可以近似地得到一个关于在激波处加速的粒子的最大能量$E_{acc}$的时间相关微分方程。我们假设理论弯曲能量为$E_{acc}$。结果发现，从模拟的弯曲能量同意以及使用非线性扩散理论，NLGCE-F的理论弯曲能量，在对比使用经典的准线性理论（QLT）。
2019-04-16 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.space-ph
Solar Energetic Particle Acceleration at a Spherical Shock with the Shock Normal Angle $θ_{B_n}$ Evolving in Space and Time
本文提出二维运动学模型，研究日冕物质抛射驱动的球状激波中太阳高能粒子加速，发现激波法向角时空演化导致西翼优先加速粒子至更高能量，并重现双幂律能谱，为多航天器观测提供新见解。
2023-06-23 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Evidence of Time-Dependent Diffusive Shock Acceleration in the 2022 September 5 Solar Energetic Particle Event
University of Michigan（密歇根大学）；Lunar and Planetary Laboratory, University of Arizona（亚利桑那大学月球与行星实验室）；California Institute of Technology（加州理工学院）；NASA Goddard Space Flight Center（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；Applied Physics Laboratory, Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室）；Princeton University（普林斯顿大学）；Southwest Research Institute（西南研究所）
研究通过模拟揭示了PSP观测到的反向速度到达和延迟粒子开始源于时间依赖性扩散冲击加速过程，而SolO则显示正常加速特征，强调了空间和时间依赖性在太阳高能粒子加速中的重要性。
2025-12-16 astro-ph.SR physics.space-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
Numerical Modeling of Energetic Electron Acceleration, Transport, and Emission in Solar Flares: Connecting Loop-top and Footpoint Hard X-Ray Sources
太阳耀斑期间高能电子的加速和输运是太阳物理学的突出课题之一。最近的X射线和无线电成像和光谱观测提供了非热电子分布的诊断，并建议，在某些耀斑事件中，电子主要在环顶加速，并可能经历捕获和/或散射效应。通过结合聚焦粒子输运方程和磁流体动力学（MHD）模拟太阳耀斑，我们提出了一个宏观粒子模型，自然包括电子加速和输运。模拟结果表明，湍流俯仰角散射等物理过程对电子在环顶的加速和在耀斑环中的输运都有重要影响，并且它们的影响与能量密切相关.在环顶中具有增强的空间依赖性湍流散射可以使高效的电子加速到高能量和将丰富的电子传输到足点两者成为可能。我们进一步生成空间分辨的合成硬X射线（HXR）发射图像和光谱，揭示了环顶和足点HXR源。与观测结果类似，我们发现足点HXR源比环顶HXR源更亮更硬。我们认为，宏观粒子模型提供了新的见解，了解所观察到的环顶和脚点非热发射源之间的连接相结合的粒子模型与动态演变的MHD模拟的太阳耀斑。
2022-11-28 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Inverse Velocity Dispersion of Solar Energetic Protons Observed by Solar Orbiter and Its Shock Acceleration Explanation
本研究基于Solar Orbiter观测的10个太阳高能质子事件，发现了反速度色散（IVD）现象，并提出激波扩散加速是导致高能质子延迟到达的主导机制，同时创新性地确定了激波加速过程中的物理条件和时间尺度。
2025-07-01 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Energetic particle acceleration and transport with the novel Icarus$+$PARADISE model
本研究推出升级后的Icarus$+$PARADISE模型，依托自适应网格等技术模拟太阳风结构中高能粒子的加速与输运，经复现验证及分辨率测试，证实更高AMR级别可提升激波区域粒子加速的捕捉效果，为SEP事件模拟预测提供新工具。
2024-04-18 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.space-ph
Acceleration of Energetic Particles Through Self-Generated Waves in a Decelerating Coronal Shock
我们建立了一个日冕冲击波中粒子加速的模拟模型。该模型是基于蒙特卡罗方法，粒子跟踪在规定的大规模电磁场利用引导中心近似。根据准线性理论，颗粒在湍流中散射，散射振幅与回转共振波数处的Alfvén波的强度成正比。阿尔文波与粒子同时被追踪，因此波场从太阳向外传播，使用WKB传播，并补充了唯象波数扩散项和从加速粒子的净通量计算的增长率。我们认为初始波的振幅足够小，以允许快速逃逸的粒子从冲击周围的介质。因此，在我们的模型中，负责粒子扩散加速的阿尔文波是由加速粒子本身产生的。在这项工作中，我们研究了非恒定的冲击波速度和非单调的阿尔文速度对粒子加速方案的影响。我们特别报告如何减速的冲击影响粒子强度和湍流功率的冲击附近的演变。
2013-03-18 astro-ph.SR physics.space-ph
Spectroscopic EUV observations of impulsive solar energetic particle event sources
上下文太阳耀斑离子加速的远程观测是相当有限的。对于EUV谱线轮廓中的离子加速特征有理论预测。以前的测试涉及耀斑的观测，没有高能离子的证据。目的。我们的目标是检查源耀斑的脉冲（或3 He丰富）太阳高能粒子事件与EUV线光谱。方法.我们检查了所有（90+）报告的前太阳活动周期23的3 He丰富的耀斑，发现只有四个（经常性）喷流在SOHO CDS的视野。详细分析了具有最佳时空覆盖范围的射流。结果在较冷的色球/过渡区线中观察到两个增强的（非热）线加宽，它们位于闭合磁回路与开放磁场线重新连接的位置附近。这两种增强增宽都出现在谱线红移的位置，周围是蓝移区域。一个增强的谱线增宽与没有高能粒子特征的小耀斑有关，而另一个谱线增宽则发生在主耀斑的粒子加速特征终止之后。结论.所观察到的过度增宽似乎与高能离子的产生和运动没有直接关系。进一步的调查，其中的关键脉冲阶段的耀斑是必要的，理想的高分辨率光谱仪故意指向3 He丰富的太阳高能粒子源。
2018-07-02 astro-ph.SR physics.space-ph
Multiple injections of energetic electrons associated with the flare/CME event on 9 October 2021
研究2021年10月9日的SEP事件，伴随M1.6耀斑、CME和激波），利用SolO的EPD电子与STIX硬X射线及射电观测，发现耀斑非热相期间持续加速电子至少20分钟，激波亦有贡献，且高低能电子释放存在时间差且各向异性表明两阶段连通性不同。
2023-01-18 astro-ph.SR physics.space-ph
The Relation Between Escape and Scattering Times of Energetic Particles in a Turbulent Magnetized Plasma: Application to Solar Flares
粒子从许多空间和天体物理源的加速区逃逸时间的知识是至关重要的，在分析这些粒子产生的发射信号，并在工作中的加速和运输机制的确定。本文解决了这个一般性的问题，特别是在太阳耀斑，除了散射湍流，从加速区域朝向其边界的磁场收敛也影响粒子逃逸。基于Malyshkin和Kulsrud（2001）的工作，我们测试了逃逸和散射时间之间的（近似）解析关系，以及场收敛速率，对于强扩散和弱扩散极限以及注入粒子的各向同性俯仰角分布都有效，具有粒子传输的数值模型。为此，动力学福克-普朗克传输模型的颗粒求解与随机微分方程计划假设不同的初始俯仰角分布。这种方法可以进一步深入了解运输过程的相空间动力学，否则将无法访问。我们发现，在各向同性情况下，数值结果与解析方程基本一致，而在弱扩散区，特别是沿磁场线分布时，数值结果与解析方程有很大差异。这些结果对于解释太阳耀斑和其他类似的空间和天体物理加速场高能粒子的观测结果以及确定福克-普朗克型动力学方程中常用的加速-传输系数具有重要意义。
2018-10-24 astro-ph.HE physics.space-ph
Effects of Turbulent Magnetic Fields on the Transport and Acceleration of Energetic Charged Particles: Numerical Simulations with Application to Heliospheric Physics
在介绍之后，我们集中于：带电粒子的传输，离子在冲击中的加速，以及电子在冲击中的加速。第二章研究了太阳高能粒子在湍流磁场中的传播。对湍流磁场中的粒子轨迹进行了数值积分。湍流包括一个类似Kolmogorov的功率谱，包含广泛的尺度。粒子强度（辍学）和速度分散的小尺度变化可以重现。这一结果对起始点分析推断SEP信息的误差提供了一个约束。我们发现，使用双组分模型很少产生脱落（Matthaeus等人，1990年）。这一结果对湍流模型提出了质疑。第三章研究了离子的加速。我们使用3-D混合模拟来研究低能粒子在平行冲击下的加速。我们发现粒子通过在激波处的反射获得能量。质子可以在三维电场和磁场中离开场线。我们还使用了随机积分方法来研究扩散冲击加速，包括大规模的磁场变化。这一结果可以解释旅行者1号观测到的异常宇宙射线。第四章结合混合模拟和试验粒子模拟研究了电子在湍流磁场中的冲击加速。通过包括大尺度湍流来增强加速度。由于电子主要沿着场线运动，场线编织允许电子多次与冲击波相互作用。波纹还通过镜像电子而有助于加速。该过程有利于垂直冲击。通过比较电子和质子的加速度，讨论了这对SEP的影响。SEP中电子和离子的强度相关性意味着垂直冲击在加速粒子中起重要作用。
2012-11-15 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Acceleration, magnetic fluctuations and cross-field transport of energetic electrons in a solar flare loop
等离子体湍流被认为与太阳耀斑中涉及的各种物理过程有关，包括磁重联、粒子加速和输运。利用Ramaty高能太阳光谱成像仪（{ \it RHESSI}）的观测和X射线可见度分析，我们确定了一次耀斑（GOES M3.7级，2002年4月14日23 $:$ 55 UT）的高能电子的空间和光谱分布，这一耀斑以前被认为与重联情景相一致。结果表明，由于环中存在高密度等离子体，电子必须绕长$\sim 2\times 10^9$ cm、宽$\sim 7\times 10^8$ cm的环顶点连续加速。几十keV的电子的能量依赖的运输被观察到发生沿和跨引导磁场的环路。我们表明，交叉场运输是一致的磁湍流的存在下，在循环中，电子被加速，并估计的大小的场线扩散系数的耀斑的不同阶段。在给定的磁场关联长度下，计算了磁涨落的能量密度，它大于非热电子的能量密度。当最大数量的电子被加速时，磁波动的水平达到峰值，并且在衰变阶段低于可检测性或不存在。这些硬X射线观测提供了第一个观测证据，证明磁湍流控制着致密耀斑环中高能电子的演化，并暗示了它们的湍流加速。
2011-02-17 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-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
Self-consistent modeling of the energetic storm particle event of November 10, 2012
本研究测试了自洽准线性SOLPACS模拟代码对2012年11月10日高能风暴粒子事件的建模能力，发现其模拟的质子时间-强度分布与观测结果在上游区域高度一致。
2023-10-02 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Acceleration and Release of Solar Energetic Particles Associated with a Coronal Shock on 2021 September 28 Observed by Four Spacecraft
本研究利用四艘航天器观测，分析2021年9月28日SEP事件，发现SEP释放时间比EUV波连接足点时间延迟30-60分钟，并探讨了激波加速与释放机制。
2024-02-06 astro-ph.SR physics.space-ph
Shock Propagation and Associated Particle Acceleration in the Presence of Ambient Solar-Wind Turbulence
这篇综述论文的主题是关于太阳风湍流对激波传播的影响及其对激波中高能粒子加速和传输的后果。当行星际激波扫过湍流的太阳风时，激波表面在不同尺度范围内波动和波纹。本文讨论了在有环境太阳风湍流的情况下，粒子在波纹激波处的加速问题。这强烈影响粒子加速和高能粒子（离子和电子）在激波前沿的传输。特别是，我们指出，上游湍流的影响是至关重要的理解高能粒子在冲击的变化。此外，即使当冲击垂直于平均磁场传播时，预先存在的上游湍流的存在也显著增强了低能带电粒子的冲击附近的捕获，包括入射等离子体的热能附近。预先存在的湍流总是存在于空间等离子体中，它提供了一种有效加速低能粒子和克服激波时众所周知的注入问题的手段。
2021-02-11 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-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\% $水平的粒子垂直扩散系数应包括在内。在模拟中再现的水库现象，SEP通量在衰减阶段，这是由三个航天器在不同的位置观察到的纵向梯度，是更敏感的冲击加速效率参数比垂直扩散系数。
2015-07-06 astro-ph.SR physics.space-ph
Diffusive Shock Re-Acceleration
我们已经进行了二维混合模拟的非相对论性碰撞无冲击的存在下预先存在的高能粒子（“种子”），这样的研究适用于，例如，银河系宇宙射线（CR）的超新星遗迹（SNR）的冲击和太阳风高能粒子在日光层冲击的再加速。高能粒子可以通过一个我们称之为\emph{diffusive shock re-acceleration}的过程被有效地反射和加速，而不管激波的倾角如何。我们发现，再加速种子可以驱动上游激波中的流动不稳定性，并产生有效的磁场放大。这最终可以触发热质子的注入，即使在通常不能注入热粒子的斜激波。我们描述了反射种子中的电流，发现它趋向于一个普适值$J\simeq e n_{cr} v_{sh}$，其中$e n_{cr}$是种子电荷密度，$v_{sh}$是冲击速度。当我们的结果应用到信噪比，我们发现，银河系CR的再加速可以激发贝尔不稳定性的非线性水平在不到$\sim 10$年，从而提供了一个最低水平的磁场放大任何SNR冲击。最后，我们讨论了扩散激波再加速的相关性，也为其他环境，如日光层的冲击，银河超级气泡，星系团。
2018-04-30 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Solar energetic particles and their association with radio emissions
University of Turku（图尔库大学）；Physical Research Laboratory（物理研究实验室）；University of Glasgow（格拉斯哥大学）；KU Leuven（荷语鲁汶大学）；Royal Observatory of Belgium（比利时皇家天文台）；Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）；Indian Institute of Technology, Gandhinagar（甘地纳加尔印度理工学院）
研究太阳高能粒子的加速机制及与无线电发射的联系，利用SKA和空间任务数据揭示太阳活动和高能粒子的多波长特性。
2026-07-16 astro-ph.SR physics.space-ph
The acceleration of high-energy protons at coronal shocks: the effect of large-scale streamer-like magnetic field structures
最近的观测表明，在大型太阳高能粒子（SEP）事件中，由日冕物质抛射驱动的日冕冲击可以在几个太阳半径内发展和加速粒子。出于这一动机，我们提出了一个SEP加速研究，包括快速冲击通过低电晕区域具有闭合和开放场线的流状磁场传播的过程。质子的加速是通过数值求解帕克输运方程与空间扩散沿和横跨磁场。我们表明，粒子可以充分加速到几百兆电子伏的2-3太阳半径。当冲击波传播通过流光状磁场时，与具有简单径向磁场的情况相比，粒子被更有效地加速，这主要是由于垂直冲击波几何形状和封闭磁场的自然捕获效应。我们的结果表明，日冕磁场配置是产生大SEP事件的一个重要因素。我们进一步表明，日冕磁场的配置强烈影响高能粒子的分布，导致沿冲击波阵面的大部分高能粒子集中的源区的不同位置。这项工作可能对SEP观测有很大的影响。即将发射的帕克太阳探测器将对日冕激波区高能粒子的分布进行现场观测，并检验研究结果。
2017-10-31 astro-ph.SR physics.space-ph
3He-rich solar energetic particles: Solar sources
富含3He的太阳高能粒子（SEP），显示出3He或超重核等稀有元素丰度增加了10，000倍，已经是50多年的难题。目前对3He富集的SEP缺乏了解的一个原因是难以分辨这些常见事件的源区。自从它们被发现以来，有强有力的证据表明，富含3He的SEP的产生与太阳上的耀斑有关。异常丰度的3He丰富的SEPs已被归因于一个独特的加速机制，必须定期在耀斑现场操作。与3He富集SEP相关的耀斑经常以类似喷流的形式被观测到，这表明磁重联的加速，其中包括向行星际空间开放的磁力线。由于太阳周围的航天器舰队，提供了一个大大提高了分辨率的太阳成像观测，3He丰富的SEP源，现在探索前所未有的细节。本文概述了目前对富3He SEP的认识，主要集中在其太阳来源。
2020-02-21 astro-ph.SR physics.space-ph
First report of a solar energetic particle event observed by China's Tianwen-1 mission in transit to Mars
与耀斑和/或日冕物质抛射（CME）驱动的激波相关的太阳高能粒子（SEP）会对空间探索造成严重的辐射危害。为了测量近火星空间的高能粒子，设计了中国天问一号火星高能粒子分析仪（MEPA）。在这里，我们报告了MEPA对2020年11月29日发生的广泛SEP事件的首次测量，当时TW-1正在向火星转移。这一事件发生在TW-1和地球磁连接良好的时候，被称为Hohmann-Parker效应，因此提供了一个难得的机会来了解潜在的粒子加速和传输过程。从TW-1和近地航天器的测量显示出类似的双幂律谱和径向依赖的SEP峰强度。此外，不同位置的时间-强度分布的衰减相位清楚地显示了水库效应。我们的结论是，双幂律谱可能是在加速站点生成的，一个小的，但有限的交叉场扩散是至关重要的，以了解SEP水库现象的形成。这些结果提供了洞察粒子加速和运输与日冕物质抛射驱动的冲击，这可能有助于改善相关的物理模型。
2022-07-14 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
On the onset delays of solar energetic electrons and protons: Evidence for a common accelerator
本研究使用包含垂直扩散的数值粒子传输模型，成功重现了相距遥远的航天器观测到的太阳高能电子和质子的起始延迟，表明二者可能源自共同的大尺度激波加速器。
2023-05-09 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
A data-driven physics-based transport model of solar energetic particles accelerated by coronal mass ejection shocks propagating through the solar coronal and heliospheric magnetic fields
本研究构建了数据驱动的基于物理的太阳高能粒子输运模型，求解五维聚焦输运方程，应用于2011年11月3日CME事件，无需通量归一化即可重现多航天器观测，解释了该绕日SEP事件的成因。
2022-12-14 astro-ph.SR physics.space-ph
Particle acceleration in an MHD-scale system of multiple current sheets
我们研究粒子加速的MHD尺度系统的多个电流片进行二维和三维MHD模拟结合测试粒子模拟。该系统是不稳定的撕裂模不稳定性，和磁岛产生的磁重联。由于磁岛的相互作用，系统变成湍流状态。二维（三维）的情况下，产生两个$-5/3$（$-11/3$和$-7/3$）幂律空间的磁场和速度的波动。粒子被有效地激励所产生的湍流，它形成了一个幂律尾指数为$-2.2$和$-4.2$的能量分布函数的二维和三维的情况下，分别。我们在磁岛外发现了更多的高能粒子，而不是在磁岛内。在高能粒子的能量空间中，我们观察到了二维（$\sim t^{2.27}$）和三维（$\sim t^{1.2}$）情况下的超扩散。
2022-05-15 physics.plasm-ph physics.space-ph
Towards advanced forecasting of solar energetic particle events with the PARASOL model
本文介绍新型PARASOL模型，结合PARADISE输运模拟与SOLPACS半解析前震描述，用于预报太阳高能粒子事件，并在2012年7月12日事件中成功再现激波附近的ESP事件强度。
2024-12-16 astro-ph.SR physics.space-ph
Solar Energetic Particle Charge States and Abundances with Nonthermal Electrons
本研究针对太阳高能粒子事件源区温度估算问题，分析非热电子分布对A/Q法温度估算的影响，发现电子分布偏离麦克斯韦分布对源区温度结果无显著影响，且SEP加速离开加速区的时间短于电离时间尺度。
2024-03-10 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.space-ph
A Perspective on Solar Energetic Particles
作者有幸观察并参与了太阳高能粒子（SEP）领域的兴起，从早期的丰度研究，到当代大SEP事件中的冲击加速范例，以及元素丰度增强，即从H到Pb的质荷比的幂律。经过痛苦的进化，“鸟笼”模型和“太阳耀斑神话”来来去去，留给我们的是冲击波和太阳喷流，它们可以作为SEP的来源相互作用。
2022-03-29 astro-ph.SR physics.space-ph
Monte Carlo Simulations of Nonlinear Particle Acceleration in Parallel Trans-relativistic Shocks
我们提出了一个粒子加速的平行无碰撞激波的蒙特卡罗模拟的结果。我们的模拟，它包含参数化的散射和一个特定的热泄漏注入模型，计算加速粒子之间的反馈的冲击，影响冲击前兆和“平滑”的冲击，和热粒子注入。我们发现，有一个过渡之间的非相对论冲击，其中的加速效率可以非常高，非线性压缩比可以大大大于朗肯-雨果尼奥值，和完全相对论冲击，其中扩散冲击加速效率较低，压缩比保持在朗肯-雨果尼奥值。这种转变发生在反相对论区域，对于我们使用的特定参数，发生在激波洛伦兹因子= 1.5附近。我们还发现，非线性冲击平滑大大降低了加速效率假定发生在超相对论冲击的大角度散射。我们能够无缝地处理从超相对论性到反相对论性到非相对论性冲击的转变，这对于演化相对论性系统（如伽马射线暴和Ibc型超新星）可能很重要。我们预计，冲击加速谱的实质性演变，在这个过渡期间，从软早期硬得多时，冲击波冲击成为非相对论。
2013-08-23 astro-ph.HE physics.space-ph
Energy spectra of 3He-rich solar energetic particles associated with coronal waves
除了它们的异常丰度，3 He丰富的太阳高能粒子（SEP）显示出令人困惑的能量谱形状从圆形的形式，幂律，后者是冲击加速的特征。这些粒子的太阳源通常与喷流和狭窄的CME有关，这是涉及开放场的磁重联的标志。最近关于大规模EUV波的新关联的报道带来了关于日冕中富含3 He的SEP的加速和运输的新见解。我们研究了2007-2010年ACE在L1近太阳活动极小期观测到的32个3 He富集SEP事件的能谱，并将其谱形与STEREO EUV图像获得的太阳耀斑特征进行了比较。我们发现喷流或增亮事件往往与圆形光谱和日冕波的事件与幂律。这表明，冠状波可能与未知的第二阶段机制，通常用于解释频谱形式的3 He丰富的SEP。
2016-09-23 astro-ph.SR physics.space-ph
A Hierarchical Relationship between the Fluence Spectra and CME Kinematics in Large Solar Energetic Particle Events: A Radio Perspective
我们报告了进一步的证据，表明太阳高能粒子是由日冕物质抛射（CME）的运动学特性组织的[1]。特别是，我们专注于II型爆发的起始频率，这是有关的无线电发射开始从太阳的距离。我们发现，三组太阳高能粒子（SEP）事件，已知有不同的CME初始加速度值，也有不同的平均启动频率的相关的II型爆发。SEP事件与地面水平的增强（GLE）有最高的起始频率（107 MHz），而那些与灯丝喷发（FE）在静止区有最低的起始频率（22 MHz）;定期SEP事件有中间的起始频率（81 MHz）。以II型爆发的起始时间作为激波形成的时间，我们确定了从太阳中心测量的激波形成高度。我们发现，地震形成的平均最近的太阳（1.51 Rs）在GLE事件，最远的太阳在FE SEP事件（5.38 Rs），和中间距离的定期SEP事件（1.72 Rs）。最后，我们给出了一个具有高初始加速度（~3 km·s^-2）的日冕物质抛射和一个具有高起始频率（~200 MHz）但与一个小SEP事件相关的II型射电爆发的个例研究结果。我们发现，通量谱指数和CME初始加速度之间的关系继续举行，即使是这个小SEP事件。
2017-07-01 astro-ph.SR physics.space-ph
Particle acceleration by collisionless shocks containing large-scale magnetic-field variations
在无碰撞冲击中的扩散冲击加速被认为是在空间中观察到的许多高能粒子的来源。磁场的大尺度空间变化已被证明是重要的理解观测。影响是复杂的，所以在这里我们考虑一个简单的，说明性的模型。在这里，我们数值求解帕克输运方程的冲击存在的大规模正弦磁场变化。我们表明，熟悉的平面激波的结果可以显着改变的结果，大规模的，曲折的磁力线。由于垂直扩散系数$κ_\perp$通常比平行扩散系数$κ_\parallel$小得多，高能带电粒子在与激波表面相交的磁场线的连接点会聚的区域中被捕获并优先沿激波阵面加速，从而产生加速粒子的“热点”。对于连接点彼此分离的区域，向高能量的加速将被抑制。此外，颗粒扩散远离“热点”区域，并修改下游颗粒分布的光谱。这些特征在性质上与最近旅行者号在日鞘中的观测相似。这些结果对于研究湍流磁化等离子体中以及包含大尺度非平面结构的等离子体中激波的粒子加速问题具有重要意义。例子包括由太阳风终止激波加速的异常宇宙射线、在传播的日光层激波中观测到的高能粒子、以及由超新星爆炸波加速的银河系宇宙射线等。
2010-10-02 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Investigation of Inverse Velocity Dispersion in a Solar Energetic Particle Event Observed by Solar Orbiter
本研究通过分析太阳轨道器2022年6月7日观测的SEP事件，利用EPD数据和HEPAT模型模拟，发现长时间逆速度弥散主要由沿演化激波的磁连通性变化驱动，而非均匀激波和有限横越扩散也起重要作用。
2025-03-16 astro-ph.SR physics.space-ph
Multi-spacecraft observations of the structure of the sheath of an interplanetary coronal mass ejection and related energetic ion enhancement
日冕物质抛射（CME）前的鞘层是随着CME的膨胀和传播而形成的大型日光层结构。湍流和压缩鞘有助于加速日冕和行星际空间中的粒子，但它们的内部结构与粒子运动的关系仍然相对较少研究。特别是，当激波马赫数较低时，鞘层在加速粒子中的作用是一个重要的开放问题。这项工作旨在提供新的见解CME鞘层的内部结构与高能粒子增强。2020年4月19日至21日，在0.8和$\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
Electron plasma wake field acceleration in solar coronal and chromospheric plasmas
本文介绍了适用于太阳大气的电子等离子体尾流场加速的三维粒子模拟。它是建立的，注入驱动和尾随电子束到太阳日冕和色球等离子体中，导致电场（$-(20-5) \times 10^{6}$ V/m），导致尾随束加速到52兆电子伏，从最初的36兆电子伏。这一结果为极高能太阳耀斑电子激发等离子体尾流场加速提供了一种潜在的重要机制。
2017-06-15 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
A Brief Review on Particle Acceleration in Multi-island Magnetic Reconnection
简要介绍了多岛磁重联中粒子加速的基本物理和理论研究及粒子模拟研究的最新进展。多岛磁重联中的粒子加速被认为是太阳耀斑和太阳风中高能粒子加速的一种可能机制。理论研究表明，如果粒子运动在重联事件中充分随机化，这种机制可以产生所观察到的高能粒子的幂律能量分布。然而，PIC模拟似乎表明，一阶费米加速机制是无法产生一个幂律粒子的能量分布函数在温和的相对论性多岛磁重联。另一方面，虽然高度相对论性重联的模拟似乎能够产生幂律能谱，但所获得的谱指数通常比通常在太阳风和太阳耀斑事件中观察到的指数为$\sim -5$的软幂律谱更硬。此外，由于三维磁重联中的动力学不稳定性而导致的等离子体加热可能使幂律粒子“热化”，使得多岛重联更难以产生幂律谱。我们讨论了可能导致这些问题的可能原因。
2019-08-24 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.geo-ph
Determining the Dominant Acceleration Mechanism during Relativistic Magnetic Reconnection in Large-scale Systems
虽然越来越多的研究表明，相对论性磁重联是高能天体物理系统中粒子加速的一个巨大来源，但主要的加速机制仍然存在争议。使用完全动力学模拟和理论分析相结合，我们表明，费米型加速内的大规模动态电场占主导地位的直接加速从非理想电场内的小尺度扩散区域。这一结果具有深远的影响建模粒子加速在大规模的天体物理问题，因为它开辟了建模的可能性，而不解决微观扩散区的能量谱。
2019-06-20 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Electron Surfing and Drift Accelerations in a Weibel-dominated High-Mach-number Shock
本文用三维从头算粒子模拟方法研究了电子在高马赫数准垂直激波中如何被加速到相对论能量。我们发现，相干静电布曼波和离子韦伯磁湍流共存于一个强冲击结构，使粒子获得能量在冲击冲浪和随后的随机漂移加速。最初经历冲浪加速度的高能电子通过与磁湍流相互作用进行俯仰角扩散，并在激波过渡区的限制期间连续加速。离子-韦伯湍流是电子有效非热加速的关键。
2017-09-12 astro-ph.HE physics.comp-ph physics.plasm-ph
