了解太阳风的来源是太阳物理和空间天气学研究的一个重要课题。确定太阳风源区的技术路线通常有两类:一是使用局地探测的太阳风参数如速度、重离子电荷态等将太阳风进行分类,进而分析不同类型太阳风所占比例随太阳活动的变化(Zhao et al., 2009);二是利用追踪磁力线的方法,找寻局地探测的太阳风足点位置,进而分析源区足点分布随太阳活动的演化(Luhmann et al., 2002)。而以往研究的不足之处是没有将局地探测的太阳风与源区物理性质联系起来。
本工作主要目的是研究起源于三类源区的近地太阳风性质及其所占比例及随太阳活动的演化。我们首先使用标准的“两步法”找寻ACE卫星探测的太阳风在太阳表面源区足点位置。进而结合EIT/SOHO观测的日冕图像和光球层磁场数据,将足点所在区域分为四类,分别为冕洞区(CH)、活动区(AR)、宁静区(QS)和不确定区域(Undefined),足点处于不同区域事例见图1。
图2给出了ACE卫星观测到的不同源区太阳风所占比例随太阳活动的演化。我们发现,在太阳活动高年近地太阳风主要来自活动区;在太阳活动下降阶段,冕洞区和活动太阳风所占比例相当,均为30%-35%;随着太阳活动的降低,宁静区太阳风比例逐渐增大,在太阳活动低年,宁静区太阳风所占比例达到41%。
不同类型太阳风性质差异及随太阳活动的演化在图3中给出。随着太阳活动降低,三类太阳风中O7+/O6+的比值都在降低,这表明三类源区的温度均在下降。在整个太阳活动周,活动区太阳风O7+/O6+最高,冕洞区最低,宁静区太阳风处于两者之间。无论是速度还是O7+/O6+的分布,三类太阳风均存在很大的重合,所以无法使用上述局地探测的参数将太阳风进行分类。
该工作利用日冕磁场模型作为中介,结合日冕图像观测和光球层磁场数据,将太阳风局地实测数据与日面源区性质联系起来,建立了近地太阳风源区在近一个太阳活动周的宏观图像,获取了不同源区太阳风性质的差异。统计分析的结果还表明,宁静区是太阳风的重要源区之一。
本工作由山东大学空间研究院(付辉、李波、黄正化、牟超洲、焦芳冉、夏利东*)联合英国Aberystwyth大学物理学院(李醒)共同完成,研究结果(Coronal sources and in situ properties of the solar winds sampled by ACE during 1999-2008)已被Solar Physics接收,将于近期发表。论文作者感谢科技部973项目、国家自然科学基金、教育部新世纪优秀人才计划和教育部博士点基金、国际空间科学研究所(ISSI)的资助。
图1:太阳风足点分类方法示意。图中红色叉号代表太阳风足点所处位置,从上到下依次为足点处于冕洞区、活动区、宁静区和不确定区域。左侧一栏为EIT观测的日冕图像,绿色等值线勾勒了冕洞的边界,右侧为光球层磁场分布图,等值线描绘了磁场凝聚区的边界。
图2:不同源区太阳风所占比例随太阳活动的演化。(a)图给出了从1999到2008十年间每月的平均太阳黑子数,根据太阳黑子数可将研究阶段分为太阳活动极大期(MAX)、下降期(DEC)和极小期(MIN)。(b)图给出了冕洞区太阳风(CH,蓝色)、活动区太阳风(AR,红色)、宁静区太阳风(QS,绿色)和不确定源区太阳风(UN,黄色)所占比例随太阳活动的演化。
图3:不同源区太阳风性质随太阳活动的演化。(a)和(b)图分别为太阳风速度和O7+/O6+,蓝色、红色和绿色分别代表冕洞、活动区和宁静区太阳风。误差棒代表参数分布的标准偏差。