我们对太阳高能粒子(SEPs)在太阳风中的输运进行建模。我们在一个稳态三维太阳风磁流体力学模拟的磁场中传播相对论性试验粒子。太阳风模拟使用 MPI-AMRVAC 代码,并采用一种新的三阶精度预测-校正时间积分方案来积分相对论性导心方程。通过引入恒定的沿磁场散射平均自由程 $λ_\parallel$,我们考虑了粒子轨迹在速度空间中由湍流引起的散射。我们考察了在日心距离 0.28 AU、磁纬 $24^{\circ}$ 处注入太阳风的 81 keV 中程 SEP 电子。当 $λ_\parallel=0.5$ AU 时,模拟得到的速度俯仰角分布与 1 AU 处的原位测量在定性上吻合良好。更一般地,在 $λ_\parallel$ 为 0.1 至 1 AU 的范围内,观测到与速度漂移相关的能量损失率约为每天 10%。这种能量损失可归因于电子的磁曲率和梯度诱导极向漂移逆着电场主要分量运动。在我们代表平均太阳风条件的案例研究中,观测到的漂移诱导能量损失率在日心距离约 1.2 AU 附近最快。我们强调,在传播的最初 1.5 小时内,绝热冷却是主导机制;只有在更晚的时候,与漂移相关的损失率才占据主导。
英文摘要:
We model the transport of solar energetic particles (SEPs) in the solar wind. We propagated relativistic test particles in the field of a steady three-dimensional magnetohydrodynamic simulation of the solar wind. We used the code MPI-AMRVAC for the wind simulations and integrated the relativistic guiding center equations using a new third-order-accurate predictor-corrector time-integration scheme. Turbulence-induced scattering of the particle trajectories in velocity space was taken into account through the inclusion of a constant field-aligned scattering mean free path $λ_\parallel$. We considered mid-range SEP electrons of $81\:{\rm keV}$ injected into the solar wind at a heliocentric distance of 0.28 AU and a magnetic latitude of $24^{\circ}$. For $λ_\parallel =0.5\:{\rm AU}$, the simulated velocity pitch angle distributions agree qualitatively well with in situ measurements at 1 AU. More generally, for $λ_\parallel$ in the range 0.1 to 1\:AU, an energy-loss rate associated with the velocity drift of about $10\%$ per day is observed. The energy loss is attributable to the magnetic curvature and gradient-induced poleward drifts of the electrons against the dominant component of the electric field. In our case study, which is representative of the average solar wind conditions, the observed drift-induced energy-loss rate is fastest near a heliocentric distance of 1.2 AU. We emphasize that adiabatic cooling is the dominant mechanism during the first 1.5 hours of propagation. Only at later times does the drift-associated loss rate become dominant.
Two-dimensional Radiative Magnetohydrodynamic Simulations of Partial Ionization in the Chromosphere. II. Dynamics and Energetics of the Low Solar Atmosphere
Random Walk and Trapping of Interplanetary Magnetic Field Lines: Global Simulation, Magnetic Connectivity, and Implications for Solar Energetic Particles
High-Frequency Magnetohydrodynamic Waves with Substantial Energy in the Solar Polar Corona
Peking University(北京大学);National Space Science Center, Chinese Academy of Sciences(中国科学院国家空间科学中心);KU Leuven(荷语鲁汶大学);Northumbria University(诺森比亚大学);University of Exeter(埃克塞特大学);Shandong University(山东大学)
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
Counterintuitive Magnetic Connectivity and Energetic Particle Flux Differences among Nearby Spacecraft During the 2023 February 24 Solar Energetic Particle Event
University of Michigan(密歇根大学);NASA Goddard Space Flight Center(美国宇航局戈达德太空飞行中心);University of Colorado, Boulder(科罗拉多大学博尔德分校)
Investigating Energetic X-Shaped Flares on the Outskirts of A Solar Active Region
典型的太阳耀斑在色球层上显示出两条准平行的明亮带状物。在它们之间的是极性反转线(PIL),其分离有源区(AR)中相反极性的集中磁通量。有趣的是,在NOAA AR 11967外围的类似位置也发生了一系列X形条带的耀斑,那里的磁通量分散,但其中三个耀斑的能量惊人。X形状,其中心与硬X射线发射重合,在UV/EUV中是相似的,这在标准耀斑模型中是不能容纳的。绘制出势场中的磁连通性,我们发现X形态由两个准分界线层的交叉决定,即,双曲线通量管(HFT),其中嵌入连接双零的分离器。这种拓扑结构不是纯粹的局部,而是受整个AR的通量和流量的调节。非线性无力场模型建议在HFT处形成电流层,其中电流耗散可以通过场对准热传导映射到X形带。这些结果突出了高频电磁场在三维磁重联中的关键作用,并对天体物理和实验室等离子体具有重要意义。
Thomson scattering above solar active regions and an ad-hoc polarization correction method for the emissive corona
汤姆逊散射光球光是低太阳日冕光谱连续体的主要组成部分,在光学波长下观察。被称为K-日冕,它也是线性偏振的。我们调查的可能性,使用先验的极化特性的K-电晕,连同极化发射线,测量和校正仪器引起的极化串扰。首先,我们在不可约球面张量形式下导出了非偏振光汤姆逊散射的斯托克斯参数。这允许前向合成的汤姆逊散射信号的更复杂的情况下,在入射辐射场,这可能会限制我们提出的技术的准确性的破坏功能。为此,我们利用先进的三维辐射磁流体动力学日冕模型。与Fe XIII 10746埃发射线中的合成偏振信号一起,我们发现在非去偏振光学系统的假设下,望远镜和仪器引起的偏振串扰的特设校正是可能的。
Energetics of magnetic transients in a solar active region plage
密集的日冕环扎根于太阳活跃区附近的斑中。这些磁斑下的光球磁特征是在太阳表面延伸几角秒的大部分单向磁场的斑块。我们的目标是探索的瞬态性质的磁场,其混合极性的特点,并在plages使用高分辨率的观测和模拟相关的能量。我们使用光球Fe I 6173的光谱偏振观测的一个衰减的活动区从SST。这些数据进行了反演,以恢复光球磁场的plage从SDO/AIA获得的EUV发射图中确定的基础。为了更好地了解谱斑的演变,我们进行了三维辐射磁流体动力学模拟磁对流使用的MURaM代码。观测结果表明,瞬态磁通量出现和取消的时间尺度上的几个100秒和空间尺度上的颗粒的plage内的事件。这些瞬态事件发生在活动区斑环的足点。在一种情况下,这些环足点处的冠状响应明显与基础瞬态相关。模拟还揭示了类似的磁通量出现和取消事件,扩展到更小的空间和时间尺度。个别模拟的瞬态事件通过光球传递的能量通量超过1 MW m $^{-2}$。我们认为,磁瞬变可能在活动区斑能量学中起重要作用。在观测和模拟中,由瞬变磁通产生的反极性磁场与周围的谱斑场相抵消。与这种瞬变事件相关的磁重联可能会引导磁能为上覆的色球和日冕环提供动力。
University of Oslo(奥斯陆大学);The Czech Academy of Sciences(捷克科学院);University of Graz(格拉茨大学);University of Zagreb(萨格勒布大学);University of Warwick(华威大学);Air Force Research Laboratory(美国空军研究实验室);University of New Mexico(新墨西哥大学);Lockheed Martin Solar & Astrophysics Laboratory(洛马太阳与天体物理实验室);National Astronomical Observatory of Japan(日本国立天文台);National Institute of Nature Science(国立自然科学研究所);Russian Academy of Sciences(俄罗斯科学院);Ioffe Institute(约费研究所);Max Planck Institute for Solar System Research(马克斯·普朗克太阳系研究所);Special Astrophysical Observatory(特殊天体物理观测站)
Energetics and Emission in a Simulated Solar Flare Initialised by a Non-Force Free Magnetic Field
University of Hertfordshire(赫特福德大学);Statkraft AS(斯塔特勒克公司);University of Oslo(奥斯陆大学);Université Paris-Saclay(巴黎萨克雷大学);Université Paris Cité(巴黎西岱大学);CEA(法国原子能和替代能源委员会);CNRS(法国国家科学研究中心);University of Manchester(曼彻斯特大学);New Jersey Institute of Technology(新泽理工学院)
A robust empirical relationship between speed and turbulence energy in the near-Earth solar wind
University of Delaware(特拉华大学);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 Maryland(马里兰大学);Princeton University(普林斯顿大学);Space Research Institute, Austrian Academy of Sciences(奥地利科学院空间研究所)
Shock properties for solar energetic particle events with signatures of inverse velocity arrival
The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory(约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室);NASA Goddard Space Flight Center(美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心);Southwest Research Institute(西南研究所);KU Leuven Campus Kulak(荷语鲁汶大学库拉克校区);University of Michigan(密歇根大学);Christian-ALbrechts-University Kiel(基尔大学);University of Turku(图尔库大学);Predictive Science Inc. (PSI)(预测科学公司);Princeton University(普林斯顿大学)
研究太阳高能粒子事件中冲击波特性及逆速度到达特征,通过分析Solar Orbiter和Parker Solar Probe的数据,揭示冲击波属性和磁场连接对高能粒子延迟到达和谱变硬的影响。