太阳风中阿尔文扰动的演化以及与相干磁结构（间断/终端激波）的相互作用研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
41874201
项目类别：
面上项目
资助金额：
63.0万
负责人：
杨磊
依托单位：
中国科学院紫金山天文台
学科分类：
D0411.空间物理学
结题年份：
2022
批准年份：
2018
项目状态：
已结题
起止时间：
2019-01-01 至2022-12-31

项目参与者：
李秋幻；向梁；孙何雨；
关键词：
阿尔文扰动间断终端激波相干磁结构

项目摘要

In the solar wind context, (1) previous studies on the evolution of Alfvenic fluctuations (AFs) could not precisely estimate related parameters, affecting theoretical modellings of the evolution; (2) most theoretical works on the AFs near discontinuities are not complete and do not combine theoretical models or numerical simulations with specific observations; and (3) termination shock studies are mainly on the shock-particle interaction and pay no attention to the interaction of the shock-AF interaction...To resolve the above three problems, the main research contents include: (1) the evolution of AFs and related new observational properties, (2) the discontinuity-AF interaction based on the model for the superposition of inward and outward Alfven waves, (3) the termination shock-AF interaction and the observational evidence for related theoretical predictions...This project will be important for a better understanding of both the nature of the solar wind fluctuations and their evolution, for a clearer description of the interaction of AFs with coherent magnetic structures (discontinuities/termination shock), and for a vivid illustration of the role of AFs in the particle acceleration and plasma heating in the solar wind.

太阳风环境下，(1) 在阿尔文扰动的演化方面，以前研究所用方法对物理参数的估值不准确，影响理论建模；(2) 大部分工作对间断附近阿尔文扰动的理论研究缺乏深度，多偏重理论或数值模拟或观测中的某一种；(3) 对太阳风终端激波的研究主要侧重与粒子之间的相互作用，而阿尔文扰动向外传播演化时必然会碰到终端激波，两者之间作用如何，尚未有相关的研究。..针对上述三方面的问题，本项研究内容包括：(1) 基于CHYL方法研究阿尔文扰动的演化，发现新的观测特征；(2) 研究阿尔文扰动与间断的关系，结合内传与外传阿尔文波的叠加模型，给出定量分析；(3) 首次提出阿尔文扰动与终端激波之间的相互作用研究，基于理论预期，获取直接的观测证据。..本项研究将有助于更好地理解太阳风扰动的本质及其演化过程，明确阿尔文扰动与相干磁结构（间断/终端激波）之间的关系及其在太阳风粒子加速和等离子体加热过程中所起的作用。

结项摘要

电磁离子回旋波是一种典型的离子回旋尺度上的波动，可与离子发生回旋共振相互作用，从而能化粒子和加热等离子体。观测研究表明，太阳风中也存在大量的电磁离子回旋波。本项目基于太阳风的背景环境，主要围绕太阳风中磁云（行星际日冕物质抛射）磁鞘区电磁离子回旋波以及太阳风中方向间断开展观测研究，.1）首次获得太阳风中磁云磁鞘区电磁离子回旋波的统计特征：.统计结果表明，超过半数的回旋波事件从卫星参考系转变到等离子体参考系时发生极化反转，推断这些波是向太阳传播的（称为内传波）；其他都是外传波。等离子体参考系下，外传左旋波和内传右旋波分别比内传左旋波和外传右旋波的发生率相对稍高；这同一般太阳风环境下的结果有所不同。同时，左旋波的频率都低于质子回旋频率，而右旋波的可超过质子回旋频率。随鞘区内位置的不同，离子回旋波的激发机制也不一样。这些研究结果有助于了解离子回旋波在太阳风与行星际日冕物质抛射耦合过程中的重要作用；.2）提出确定太阳风中方向间断面法向的新方法：.假设相近磁场的波阵面都平行于间断面，将磁场扰动标准差最小的法向作为间断面的法向，这与多卫星联合给出的法向一致，可应用于单颗卫星观测到的小角度旋转间断面上，有助于理解间断面附近磁场扰动的波阵面的变化。.3）综述了火星上游离子回旋波和太阳风中阿尔文波的观测研究进展：.在火星上游也广泛存在着电磁离子回旋波。这种波是拾取离子过程中的副产物，也意味着新生行星质子的产生。对火星上游离子回旋波的观测研究进行综述，包括离子回旋波事件的观测、离子回旋波的产生机制、统计性质以及将来的研究趋势；同时，评述了太阳风中阿尔文波的研究进展，从亚阿尔文速太阳风、太阳风全球模型和太阳源区三个方向展望了未来阿尔文波的研究。