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太阳风中电荷态和低第一电离势效应的分源区研究
[ 录入者:admin | 时间:2017-02-02 12:15:43 | 作者:付辉、Maria | 来源: | 浏览:657次 ]

初始太阳风是如何被加热和加速的是太阳物理和空间物理研究的重要课题。主要有两类模型来描述该问题,一是波和湍流(Wave and turbulence driven/WTD)模型,二是闭合磁环和开放磁力线重联(reconnection loop opening/RLO)模型。通常认为两类模型中波和湍流都起到重要的作用,故它们的本质区别并不在于波和湍流是否其作用。两者的主要区别在于两点,一是太阳风物质的供给方式、二是太阳风最终速度的决定因素(Wang & Sheeley 1990; Li et al. 2011; Fisk 2003)。观测结果可以对上述模型提供检验和约束,但已有的观测通常将太阳风看做一个整体,或者按照速度分为高低速两部分。而太阳风速度不是刻画太阳风特征的唯一参数(Antiochos et al. 2012; Abbo et al. 2016)。日冕大尺度结构主要包括冕洞区、活动区和宁静区,这三类区域的磁场位型和等离子体性质均存在显著差异,这会对起源于上述区域的太阳风性质产生影响(Feldman et al. 2005)。故将局地太阳风性质与源区类型联系起来可以为各类太阳风模型提供更加有效的约束和检验。

在本工作中,我们首先按照源区类型对太阳风进行了分类,将其分为冕洞风、活动区风和宁静区风。然后分析了不同类型太阳风的统计性质,主要发现如下:

1)冕洞区高低速太阳风所占的比例分别为59.3%40.7%,活动区和宁静区不只存在低速风,也存在高速风,但其高速风所占比例显著低于冕洞风,随太阳活动阶段不同,高速风所占比例在10%35%之间。不同源区太阳风速度、O7+/O6+Fe/O的分布存在差异,但是它们之间存在很大的重叠,这意味着仅仅使用局地太阳风中的上述参数很难将不同来源的太阳风进行区分。

2)起源于冕洞区的太阳风其速度存在双峰分布,低速峰值大约位于400 km/s,高速峰值在600 km/s左右。高速和低速部分可能分别来自冕洞的边缘和中心区域。

3)太阳风速度和O7+/O6+存在的反比关系在三类太阳风中仍然成立。

4)反映低第一电离势效应的Fe/O的分布存在四个特征。一是活动区太阳风Fe/O的平均值显著大于冕洞区风;二是Fe/O的平均值和分布范围均随着速度的增加而减小;三是活动区风中Fe/O的分布范围(0.06-0.40,对应的FIP bias1-7)较冕洞区(0.06-0.20,对应的FIP bias1-3)大;四是三类太阳风中Fe/O的最小值(约为0.06,对应的FIP bias约为1)基本相同,且不随太阳风速度变化。

上述统计结果表明,不同来源的太阳风存在相近的约束,冕洞区、活动区和宁静区初始太阳风的加热和加速机制存在很大的相似之处。WTDRLO模型均可以定性的对冕洞风的双峰分布特征和三类太阳风中存在的速度和O7+/O6+反比关系进行解释。而不同源区太阳风中Fe/O的分布特征可以由RLO模型得到更加合理的解释。


该研究结果由山东大学空间科学研究院联合德国马克斯-普朗克研究所(Max Planck Institute, MPI)共同完成,已被The Astrophysical Journal接收,将于近期发表,全文链接https://arxiv.org/abs/1701.07610(Hui Fu, Maria S. Madjarska, Lidong Xia, Bo Li, Zhenghua Huang, Zhipeng Wangguan, Charge States and FIP Bias of the Solar Wind from Coronal Holes, Active Regions, and Quiet Sun)。论文作者感谢国家自然科学基金、山东省基金的支持。

图1. 三类源区太阳风参数分布。

图1. 三类源区太阳风参数分布。


图2. 三类太阳风在速度和Charge state两维空间的分布特征。

图2. 三类太阳风在速度和Charge state两维空间的分布特征。

图3. 三类太阳风在速度和FeO两维空间的分布特征。

图3. 三类太阳风在速度和FeO两维空间的分布特征。



 
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