太陽高能粒子事件是行星際空間中能量粒子突然增加的事件，主要分為與太陽耀斑有關(guān)的脈沖型事件和與日冕物質(zhì)拋射有關(guān)的緩變型事件。除此之外，由行星際中來自不同源區(qū)的太陽風(fēng)高速流與低速流相互作用形成的流相互作用區(qū)（SIR），對能量粒子的加速和傳播也起著重要的作用。在太陽活動(dòng)低年，SIR隨日心距離不斷膨脹的邊界形成的激波對被認(rèn)為是內(nèi)日球?qū)拥闹饕芰苛Ｗ釉矗绕涫呛笙蚣げū徽J(rèn)為是更有效的粒子加速器。粒子在遠(yuǎn)處的后向激波得到加速后，會(huì)沿著稀疏區(qū)中的磁力線傳播回到近地空間。由于太陽風(fēng)的調(diào)制，近地空間得到的粒子能譜多數(shù)會(huì)表現(xiàn)出彎曲的現(xiàn)象。許多近地觀測也表明，SIR中存在局地機(jī)制可以加速粒子。

中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心（以下簡稱“空間中心”）太陽活動(dòng)與空間天氣全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室沈芳研究員團(tuán)隊(duì)對STEREO-A在2016年8月21-24日觀測到的一個(gè)SIR-能量粒子事件開展相關(guān)模擬研究，發(fā)現(xiàn)粒子傳播過程中會(huì)受到行星際磁場中“trap-like”的磁場結(jié)構(gòu)的明顯調(diào)制。粒子在類似磁鏡的磁結(jié)構(gòu)間來回散射并經(jīng)歷多重加速和減速的過程，是造成該能量粒子事件中粒子通量曲線抬升的主要因素，相關(guān)文章已發(fā)表在國際期刊Astronomy & Astrophysics上。

圖一 STEREO-A，WIND和STEREO-B于2007年9月19-25日期間觀測數(shù)據(jù)

最近，該研究團(tuán)隊(duì)對STEREO-A、WIND和STEREO-B在2007年9月19-25日期間聯(lián)合觀測到的一個(gè)與SIR有關(guān)的能量粒子事件進(jìn)行了探討。與STEREO-A和WIND的觀測不同，通過對來自STEREO-B的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)SIR（圖一灰色區(qū)域所示）經(jīng)過后，來自相近源區(qū)的太陽風(fēng)低速流和高速流形成了復(fù)合流區(qū)域，且該區(qū)域未體現(xiàn)明顯的壓縮特征，如磁場強(qiáng)度增大、太陽風(fēng)等離子體數(shù)密度增大等。除此之外，在SIR經(jīng)過后，STEREO-B發(fā)現(xiàn)能量質(zhì)子強(qiáng)度有額外增大的現(xiàn)象，而不是如STEREO-A和WIND觀測到的那樣，能量質(zhì)子強(qiáng)度呈直接衰減的演化趨勢。為了探究這個(gè)獨(dú)特的粒子事件，研究團(tuán)隊(duì)將數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的太陽風(fēng)背景解析模型與描述能量粒子在行星際中傳播與加速的粒子模型結(jié)合進(jìn)行了模擬驗(yàn)證。模型構(gòu)建的行星際背景場如圖二所示，粒子傳播的模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)：SIR經(jīng)過約9小時(shí)后，粒子強(qiáng)度開始抬升，隨后呈現(xiàn)快速衰減的趨勢（見圖三）。對模擬和觀測得到的能譜進(jìn)行擬合，發(fā)現(xiàn)能譜指數(shù)的絕對值隨粒子事件的發(fā)展逐漸減小。通過模擬結(jié)果與觀測數(shù)據(jù)較好的符合，認(rèn)為STEREO-B觀測到的額外粒子強(qiáng)度增大與之前的SIR事件有密切關(guān)系，復(fù)合流區(qū)域的磁場構(gòu)型為源區(qū)粒子到達(dá)觀測者提供了更短的路徑。

相關(guān)文章已發(fā)表在國際期刊Astrophysical Journal上，文章第一作者為空間中心博士生陶新祎，通訊作者為空間中心沈芳研究員。該項(xiàng)研究受到國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃以及中科院B類先導(dǎo)專項(xiàng)等項(xiàng)目的聯(lián)合資助。

圖二 模型構(gòu)建的行星際背景場

Citation:

Tao, X., Shen*, F. & Luo, X. (2025). Modeling Energetic Proton Transport from a Stream Interaction Region to Compound Streams. Astrophysical Journal,978, 143.

https://doi.org/10.3847/1538-4357/ad96ae

Tao, X., Shen, F., Wei, W., Zhu, Y., Luo, X., & Feng, X. (2024). Modeling energetic proton transport in a corotating interaction region: An energetic particle event observed by STEREO-A from 21 to 24 August 2016. Astronomy & Astrophysics, 682, A82. https://doi.org/10.1051/0004-6361/202347248

圖三 模擬結(jié)果與觀測數(shù)據(jù)對比

（供稿：天氣室）