脉冲型太阳高能粒子事件中的粒子加速和传播研究

Impulsive solar energetic particle (SEP) events last for <~ hours, and are dominated by ~1-100 keV electrons and low-energy ion emissions with enhanced 3He/4He ratios up to 104 times the coronal values. Impulsive SEPs appear to be one of the most common types of particle acceleration by the Sun, providing important clues to understand the physics of the particle acceleration, escape and transport in the universe. Impulsive solar energetic electrons can also cause radiation damage to spacecraft, instruments and astronauts in space. But the source region and acceleration mechanism of impulsive SEPs are not well understood yet. This proposal aims to provide a comprehensive understanding of impulsive SEPs. Using the measurements from WIND, ACE and STEREO, first, we will examine the statistical properties of impulsive SEPs and their variation in time, space and energy, to reveal the relation between the characteristics of electrons and ions in these events. Secondly, we will improve the present Monte Carlo simulation of particle transport, to explore the source region of impulsive SEPs. Finally, we propose to compare the particle intensity and spectrum predicted by the theories with the results inferred from transport simulation, and construct a self-consistent acceleration scenario of impulsive SEPs.

脉冲型太阳高能粒子事件持续时间短（几十分钟－几小时），主要由～1-100 keV 电子组成，并富含低能氦3离子。这类高能粒子事件是在太阳大气中发生的最频繁的粒子加速事件，为我们理解宇宙中普遍发生的粒子加速、逃逸和传播过程的物理本质提供了宝贵的机会。太阳高能电子还可能对空间中的卫星仪器和宇航员造成危害。但是脉冲型太阳高能粒子事件的源区位置和加速机制现在还不清楚。本项目将利用WIND、ACE和STEREO飞船的观测，分析脉冲型太阳高能粒子事件随时间、空间和能量的变化，揭示这类事件中电子的特性和离子的特性的关联；完善高能粒子传播的数值模拟模型，探寻脉冲型太阳高能粒子的加速源区；检验以往的粒子加速机制，建立脉冲型太阳高能粒子事件的自洽加速图像。

脉冲型太阳高能粒子事件是在太阳大气中发生的最频繁的粒子加速现象，为我们理解宇宙中普遍发生的粒子加速、逃逸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《脉冲型太阳高能粒子事件中的粒子加速和传播研究－项目批准号：41474148》 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，我们选取了在全能挡范围内具有优良观测数据的脉冲型太阳高能粒子事件，分析了粒子的通量和投掷角分布随时间和能量的变化特征，研究太阳高能电子和离子在行星际空间的传播过程和物理机制。在考虑粒子的传播效应后，我们进一步研究了脉冲型太阳高能粒子事件的电子和离子在太阳上的释放，探索了这些粒子的加速机制和过程。我们还利用BD卫星上的IES仪器在地球磁层高纬区域中观测到行星际高能电子，这表明行星际高能电子可以通过中/高纬磁重联有效地进入地球磁层，向磁层提供高能电子。最后，我们通过数值模拟研究了与平静时期高能电子对应的太阳硬X射线的通量和能谱。这些结果对理解太阳高能粒子事件的起源、加速和传播过程具有重要的科学意义。