太阳风晕外电子的时空特征

Solar wind superhalo electrons are one population of solar wind electrons at energies > 2 keV. Unlike solar energetic electron events, solar wind superhalo electrons appear to be present in the interplanetary medium at all times, even in the absence of any significant solar or interplanetary activities, and to have a power-law energy spectrum and nearly isotropic angular distributions. These characteristics of solar wind superhalo cannot be explained by the current theories of electron acceleration and transport that are generally based on the observations of solar energetic electron events. Therefore, solar wind superhalo electrons provide the crucial information on the common electron acceleration and transport processes in the heliosphere. .This proposal aims to provide a better understanding of the origin of solar wind superhalo electrons. Using multi-spacecraft measurements from WIND, ACE, STEREO, SOHO, etc., first, we will examine the temporal and spatial characteristics of the energy spectrum and pitch-angle distribution of solar wind superhlao electrons. Secondly, we will investigate the correlation of solar wind superhlao electrons with other phenomena occurring at the Sun and/or in the interplanetary medium, to explore the source region and transport effects of these electrons. Finally, we will discuss the possible acceleration and transport mechanism of solar wind superhalo electrons, and construct a self-consistent physical picture.

太阳风晕外电子是太阳风中能量大于2千电子伏特的电子。与太阳高能电子事件不同，太阳风晕外电子在行星际空间中持续存在，能谱为单幂律谱，投掷角分布为各向同性。已知的行星际高能电子的加速和传播图像主要是基于太阳高能电子事件的观测，并不能解释太阳风晕外电子的特性。因此，太阳风晕外电子为我们理解日球层中普遍发生的粒子加速和传播过程的物理本质提供了宝贵的机会。.本项目将利用WIND、ACE、STEREO、SOHO等多颗卫星的观测，分析太阳风晕外电子的能谱和投掷角分布随时间和空间的变化；分析太阳风晕外电子与在太阳上或行星际空间中发生的其它现象的关联， 探寻太阳风晕外电子的加速源区和传播效应；探讨太阳风晕外电子的加速机制和传播机理，建立一个自洽的物理图像。

太阳风晕外（superhalo）电子是太阳风中能量大于2千电子伏特的电子。与太阳高能电子事件不同，太阳风晕外电子在行星际空间中持续存在，能谱为单幂律谱，投掷角分布为各向同性。太阳风晕外电子为我们理解日球层中普遍发生的粒子加速和传播过程的物理本质提供了宝贵的机会。在本基金面上项目《太阳风晕外电子的时空特征--项目批准号：41774183》 的支持下，我们按照预定计划，完成了几个方面的研究工作。首先，我们系统分析了太阳风晕外电子在1AU处行星际激波附近的能谱和投掷角分布特征，发现行星际激波对这些电子的加速过程为漂移激波加速，加速后的电子能谱与加速前的电子能谱形状相似。其次，我们分析了太阳风晕外电子在地球弓激波附近的能谱和投掷角分布特征，发现地球弓激波对这些电子的加速过程也为漂移激波加速，但是加速后的电子能谱不同于加速前的电子能谱，其能谱形状取决于激波参数。最后，我们系统分析了太阳风超热电子在1AU处共转相互作用区附近的能谱和投掷角分布特征，发现在1AU处的共转相互作用区对太阳风超热电子没有明显的加速作用，而且strahl/halo电子与superhalo电子之间无明显关联。.在这些研究成果基础上，我们构建了太阳风晕外电子起源和加速的物理图像：太阳风晕外电子起源于太阳风源区中的电子加速过程，加速后的电子沿磁力线逃逸到行星际空间中，会受到投掷角散射和激波加速过程的进一步调制作用。