空间中心科研人员在共转相互作用区对粒子的局地加速机制研究中取得进展

　　太阳高能粒子（SEP）事件是行星际空间中能量粒子突然增加的事件，主要分为与太阳耀斑有关的脉冲型事件和与日冕物质抛射有关的缓变型事件。SEP被耀斑或者日冕物质抛射驱动的激波加速后，沿行星际磁场传播可达近地空间。除此之外，由行星际中太阳风高速流与低速流相互作用形成的共转相互作用区，对能量粒子的加速和传播也起着重要的作用。尤其在太阳活动低年，共转相互作用区是内日球层的主要能量粒子源。高通量的能量粒子事件可以造成近地空间的灾害性扰动，损害卫星及星载设备，危害宇航员的生命安全。

　　通常认为共转相互作用区会在3-4AU处形成激波对，即：位于压缩区前沿的前向激波和处于压缩区后沿的反向激波。粒子被激波加速后会沿行星际磁场传播回到1AU附近被观测到，这些粒子通常表现出明显的各向异性，且较低能的粒子会受到明显的传播调制效应。但是如今越来越多的观测结果发现，有些与共转相互作用区有关的能量粒子事件并未表现出上述特征，这表明共转相互作用区中可能存在局地加速的机制来加速粒子。

　　近日，中国科学院国家空间科学中心太阳活动与空间天气重点实验室沈芳研究员团队对STEREO-A在2016年8月21-24日观测到的一个与共转相互作用区有关的能量粒子事件进行了研究。通过对观测数据（见图1(a)）的分析发现STEREO-A未局地观测到共转相互作用区激波的存在，不同能量的质子近似于各向同性分布，且质子通量曲线变化趋势类似。这些都表明能量质子通量的抬升可能应该归因于共转相互作用区中存在的局地加速机制。沈芳团队建立了一套耦合模型，将数据驱动的太阳风背景解析模型与描述能量粒子在行星际中传播与加速的粒子模型结合，来模拟粒子在更贴近实际的行星际空间中的传播与加速过程。使用耦合模型模拟STEREO-A所观测到的该能量粒子事件，与观测结果较为吻合，并进一步探究了该能量粒子事件形成的原因。通过模拟结果发现，粒子在共转相互作用区传播的过程中，会受到行星际磁场中“trap-like”的磁场结构的明显调制。粒子在类似磁镜的磁结构间来回散射并经历多重加速和减速的过程，是造成该能量粒子事件中粒子通量曲线抬升的主要因素。该研究对理解共转相互作用区中的粒子局地加速机制有较为重要的意义。

　　该研究得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项等项目的资助，相关论文已发表在国际期刊 Astronomy & Astrophysics上，文章第一作者为博士生陶新祎，通讯作者为沈芳研究员。

　　Citation: 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

（a）

(b)

图1 (a) ：STEREO-A于2016年8月21-24日观测到的与共转相互作用区有关的能量粒子事件; (b) 模拟结果（实线）与观测结果（虚线）对比

图2：由数据驱动的太阳风解析模型得到的行星际太阳风背景结构

　　（供稿：天气室）