行星际磁镜对太阳高能粒子的效应研究

发布时间：2020-04-02 02:31

【摘要】：在绝热近似下,粒子的磁矩是一个守恒量。当磁矩不为零的带电粒子由弱磁场区向强磁场区运动时,会受到一个指向弱磁场的力,带电粒子可能会被“反射”回弱磁场区,我们称这种磁场结构为磁镜(Magnetic Mirror)。行星际日冕物质抛射(Interplanetary Coronal Mass Ejection,ICME)和冕洞产生的快速太阳风都会压缩前方慢速太阳风中的磁场,使磁场增强进而形成磁镜,以上两种是行星际的磁镜。在太阳附近,离太阳越近磁场越强,这也是一个磁镜,太阳附近的磁镜与行星际的磁镜可构成一个磁瓶。处在不同纬度不同经度不同径向距离的多颗卫星,观测同一高能粒子事件时,发现某些事件中粒子通量在下降期非常接近(通量比值2),这一现象被称为蓄水池效应。Reames等人将这一现象归结于行星际磁瓶的作用。我们可以算出磁镜的聚焦尺度并与行星际粒子的平均自由程作比较,从而研究行星际磁镜效应对粒子传播过程的影响。我们挑选了两个具有代表性的事件,一个是发生在太阳活动小年2007年7月的共转相互作用区事件(Corotating Interaction Region,CIR),一个是发生在太阳活动高年2013年7月的ICME事件。使用Giacalone等人的快慢流相互作用模型拟合CIR和ICME的太阳风速度和磁场,并用此磁场计算聚焦尺度,然后与粒子平均自由程比较研究粒子的磁镜效应;计算太阳风速度散度来研究太阳风压缩区粒子的加速过程。通过计算0.96 AU(STA卫星到太阳的距离)和2 AU处的聚焦尺度以及磁场方向上的太阳风速度散度,我们得到主要结论如下:压缩程度越强,(1)磁镜影响的经度范围越广;(2)在相同距离上最小聚焦尺度越小,磁镜效应越强;(3)2 AU处最小聚焦尺度所在磁力线上太阳风速度散度绝对值峰值越大,粒子的加速效率越大。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P353

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