太陽風(fēng)暴（CME）及其激波可以產(chǎn)生地磁暴、高能粒子、射電暴，是空間天氣研究和預(yù)報的重要對象。近期，劉潁研究員團(tuán)隊在這方面取得了系列進(jìn)展。

　　激波與CME的相互作用是一種常見而又重要的現(xiàn)象，當(dāng)前對此的研究主要集中于大尺度。團(tuán)隊通過粒子分布和波動分析兩個方面在動理學(xué)尺度對激波和CME相互作用進(jìn)行了研究（圖1）。發(fā)現(xiàn)：即使在CME的磁流繩中，激波仍然可以產(chǎn)生反射的回旋離子，這與波粒相互作用一起可為激波提供能量耗散機(jī)制；哨聲熱流不穩(wěn)定性被激發(fā)，產(chǎn)生的哨聲波改變了電子的投擲角，可以解釋CME中雙向電子流消失的現(xiàn)象。此項研究為激波-CME相互作用過程提供了動理學(xué)（kinetics）的新視角。該論文發(fā)表于The Astrophysical Journal Letters，第一作者為研究生劉明哲。

　　圖1：激波前后離子（上）和電子（下）的速度分布。箭頭標(biāo)記了反射回旋離子和雙向流電子。

　　團(tuán)隊就CME驅(qū)動激波對電子反射、加速的微觀機(jī)制進(jìn)行了全粒子（PIC）模擬（圖2）。研究發(fā)現(xiàn)，被非穩(wěn)態(tài)（再形成和漣漪并存）激波面反射的離子束流會與上游背景太陽風(fēng)電子在激波腳（foot）前沿發(fā)生相互作用，從而產(chǎn)生沿激波面法向的準(zhǔn)靜電場。在準(zhǔn)垂直激波條件下，這個電場能夠有效的捕獲電子并對其加速和加熱；在準(zhǔn)平行激波條件下，這個電場能夠形成反射電子束流。本研究結(jié)果為電子束流激發(fā)II型射電暴提供理論依據(jù)。該論文發(fā)表于The Astrophysical Journal，第一作者為楊忠煒副研究員。

　　圖2：PIC模擬的激波、速度分布及其對電子的反射行為。

　　CME的磁流繩在日冕和行星際空間傳播中可以發(fā)生非徑向和旋轉(zhuǎn)運動，改變CME的地磁效應(yīng)。團(tuán)隊結(jié)合多衛(wèi)星數(shù)據(jù)和多方法，研究了2015年12月16日的爆發(fā)事件（圖3）。發(fā)現(xiàn)活動區(qū)中以及周圍日冕磁場的分布對磁流繩非徑向和旋轉(zhuǎn)運動有重要影響，磁繩在源區(qū)幾乎是水平的, 而在較高日冕和地球附近磁繩基本南向了。磁繩軸向磁場提供了持續(xù)的南向磁場，造成了較強(qiáng)的地磁暴。該論文發(fā)表于The Astrophysical Journal，第一作者為研究生劉毅。

　　圖3：太陽源區(qū)的磁繩定向（左）和地球附近的磁繩重構(gòu)（右）。

　　目前關(guān)于弱CME如何產(chǎn)生強(qiáng)地磁效應(yīng)的過程仍不明確。團(tuán)隊結(jié)合多衛(wèi)星數(shù)據(jù)和多方法，研究了2016年10月8日的一個無低日冕特征的“隱形”（stealth）爆發(fā)事件（圖4）。研究發(fā)現(xiàn)：該CME在行星際空間傳播時被夾在一個壓縮區(qū)中，即快速和慢速太陽風(fēng)之間，導(dǎo)致了CME內(nèi)部磁場的增強(qiáng)，從而引發(fā)了意料之外的地磁暴。此研究表明第24活動周雖然很弱，但低緯冕洞和慢速CME經(jīng)常發(fā)生，從冕洞產(chǎn)生的快速太陽風(fēng)與慢速CME相互作用，可以導(dǎo)致增強(qiáng)的地磁效應(yīng)。該論文已被The Astrophysical Journal接受，第一作者為研究生何雯。

　　圖4：地球附近太陽風(fēng)觀測及其與ENLIL MHD模擬的比較（top 2 panels）。

　　Citations:

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