太阳风局地性质对源区类型的依赖及其随日心距的演化

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太阳风的起源和加热加速是太阳物理领域的重要问题。研究太阳风的性质与源区的关联,以及太阳风性质在行星际空间中的演化,有助于我们增进对该问题的认识。已有的工作虽然分源区、或者在不同日心距下将太阳风性质进行了相对系统的分析,但对于来自同一类源区太阳风的性质随日心距的演化,起源于同一个源区的太阳风性质对源区演化的依赖,以及来自同一源区相近时刻的太阳风性质随日心距的演化还少有研究。本文主要致力于把局地探测的太阳风性质随日心距的演化,及其与源区特征结合起来。该工作可以增进我们对太阳风来源及对初始太阳风的加热和加速机制这一重要问题的理解。本文工作结合Parker Solar Probe以及位于拉格朗日1点处的ACE和Wind卫星的局地太阳风数据,用“两步弹道法”,借助PFSS(Potential Field Source Surface)模型将太阳风回溯到太阳表面,然后结合太阳极紫外图像和光球层磁场观测数据,将足点所处区域分为冕洞区和活动区两类,进而对来自不同源区类型的太阳风局地性质随日心距的演化进行了统计研究。本研究还对起源于同一冕洞的太阳风局地性质随源区性质的演化进行了研究,并挑选了源区相近时刻的太阳风在不同日心距的性质进行了个例分析。本文首先分别对来自冕洞和活动区的太阳风性质随日心距的演化进行了统计分析,比较了这两类太阳风性质的差异。我们统计了 2018年11月到2021年11月PSP所探测的太阳风数据,将上述太阳风按照源区类型分成了冕洞区太阳风和活动区太阳风,分析了两类太阳风性质随日心距的演化。我们发现,两个源区的太阳风的密度、磁场、压强三个参量均随日心距的增大而减小,熵值均随日心距离的增大而增大。在相同日心距下,冕洞风的风速、质子温度和熵值都普遍高于活动区风,而活动区风的密度、压强大于冕洞风。冕洞风的速度在100个太阳半径以外约为450 km/s,活动区太阳风的速度约为350 km/s。在60到100个太阳半径范围内,活动区太阳风平均速度从300 km/s增加到350 km/s。本文还分析了一个长寿命、大尺度的赤道冕洞的太阳风参数对源区演化的依赖,同时研究了在相近时刻起源于该大尺度冕洞的太阳风在不同日心距下的性质差异。我们发现,太阳风的性质不仅与冕洞的面积有关,冕洞的亮度越低、净磁通量和磁场不均衡度越大,太阳风的速度就越高、高速流持续时间就越长、快慢风的流界面的密度和磁场压缩效应越明显。在卡灵顿周CR2210里,我们结合PSP和ACE的局地探测数据,研究来自同一个冕洞相近时期的太阳风在0.32 AU和0.96 AU处的性质差异。我们发现,在0.96 AU处的SIR结构(速度剪切、密度压缩、磁场和压强有峰值)比0.32AU处的明显、尖锐。这意味着,SIR结构在0.96 AU之内随着太阳风在行星际的传播而逐渐增强。来自CR2210冕洞的太阳风在0.32 AU处高速风持续时间比0.96 AU的长3-4天,且PSP探测的高速风的经度投影展宽比ACE卫星探测到的高速风的经度投影展宽多38度。我们认为该结果的主要原因可能是源区的演化,这意味着大尺度冕洞在数天或近十天的时间尺度内,其产生的太阳风性质也会发生极大的改变。本论文相关结果表明,太阳风的性质与源区特征存在密切的关联,冕洞区和活动区太阳风的性质在不同日心距下均存在显著的差异。并且同一个大尺度长寿命的冕洞产生的太阳风性质在几天内也可能存在剧烈的变化。本论文加深了对来自不同源区的太阳风在不同日心距下的性质的了解,增进了我们对太阳风性质与其源区特征依赖的认识。
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