太阳风中快/慢磁声波的分布与机制研究

Theoretically, magneto hydrodynamics (MHD) fast and slow magneto-sonic waves, seem unlikely to exist in the solar wind plasma owing to the strong Landau damping. However, recent observations have shown both the fast and the slow waves in the solar wind, implying the existence of local wave generations. This project will analyze the solar wind in-situ observations with a long time span (since 1973) and a broad spatial range (from 0.3 to 30 AU), to systemically obtain the statistical properties and distribution characteristics of fast/slow waves in the solar wind, to clarify the excitation features and patterns in the solar wind originated from the coronal holes, the streamer belts and solar active regions, and to explore the wave excitation mechanism in the terms of parametric instability of Alfven waves.

理论认为，磁流体力学快/慢磁声波会受到非常强的朗道阻尼而很快衰减，因而在太阳风中很难被观测到。最近的一些观测陆续在太阳风中发现了一些快/慢磁声波的结构，证实了局地激发过程的存在。本项目将分析长时间跨度(1973—现在)、广空间分布(0.3—30 AU)的太阳风就位观测数据，系统性考察太阳风中快/慢磁声波的统计特性和时空分布，厘清来自冕洞、冕流和活动区等不同源区太阳风中波动的激发规律和物理图像，探索阿尔芬波参量不稳定性激发快/慢磁声波的物理机制。

理论认为磁流体力学快/慢磁声波会受到非常强的朗道阻尼而很快衰减，因而在太阳风中很难被观测到。最近的一些观测陆续在太阳风中发现了一些快/慢磁声波的结构，证实了局地激发过程的存在。本项目发展了根据频率分析诊断MHD波动的方法，提出了基于机器学习的太阳风源区分类算法，获得了太阳风中快/慢磁声波的统计特性和时空分布，发现：1）HCS/HPS附近MHD波动的发生率受到HPS内等离子体β值的调制；2）阿尔芬波参量不稳定性是HPS中慢磁声波产生的原因之一，并给出了一个直接的观测证据；3）地球磁鞘区磁场和等离子体扰动谱指数受当地阿尔芬马赫速以及湍动马赫数的影响，并独立于上游太阳风参数；4）火星上游质子回旋波会被弓激波屏蔽，对磁鞘湍流特征贡献不及局地过程。