冕流在日冕激波电子加速过程中的作用

Streamers are important large-scale structures in the corona, consisting of high-density plasmas confined in the closed magnetic field arcades. Within the streamer region, the Alfven speed and the bulk flow speed are considerably lower than that in the surroundings. This favors the excitation and enhancement of coronal shocks, as well as associated particle acceleration in the corona. We propose that the closed field structure can effectively confine the escaping particles, and guide them back to the shock front to get re-accelerated. Due to the fast motion of electrons, this mechanism is possibly more effective to electrons. To verify this novel physical scenario, we plan to conduct studies observationally and theoretically. Observationally, we will make use of the latest solar eruption observations by STEREO/SDO spacecraft, combining the type II radio bursts, which are observational manifestation of enegetic electrons accelerated by coronal shocks, and analyze the physical relevance of the coronal shock-streamer disturbances and the radio data, so as to find out the events consistent with the above physical scenario. Theoretically, we will develop a novel geometrical model featured by a propagating coronal shock within a confining coronal streamer, forming a Fermi-electron-accelerating system of approaching magnetic mirrors. Based on this simplified geometrical model, we will further improve present shock-electron acceleration models, both the test-particle one and the kinetic one, to verify the above picture of streamer-shock electron acceleration and to clarify the roles of streamers in relevant shock-electron accelerations and the radio burst emissions.

冕流是重要的大尺度日冕结构，主体是约束于闭磁结构中的高密度等离子体。该区域具有较低的阿尔芬速度和宏观流速，因而利于太阳爆发驱动的日冕激波的生成和强化；另一方面，冕流闭磁结构能有效约束被(侧)下方激波初步加速但向外逃逸的粒子，使其沿力线重返波面而被反复加速。由于电子运动较快，这一机制可能对电子较为有效。基于此考虑，项目提议从观测和理论两方面入手研究冕流在日冕激波电子加速中的可能作用，以验证上述新提出的日冕电子加速机理。观测上，将利用STEREO/SDO等太阳爆发的最新数据，结合作为激波电子加速表现的II型射电暴动态谱观测，分析有关事件中激波-冕流扰动与射电暴之间的物理关联，找到符合上述预期的爆发事件。在理论上，基于冕流-激波运动磁镜对电子构成的有效约束与加速系统，首先建立简单几何模型，进而改进已有的激波加速的试验粒子和扩散加速动力学模型，逐步验证所述电子加速图景，澄清冕流在其中的作用。

项目提议从观测和理论两方面研究冕流在日冕激波电子加速中的可能作用，以验证项目申请书所提出的日冕闭场有效促进激波电子加速的物理图景。. 在观测上，找到了两类可能受冕流结构强烈影响的射电II型爆发(谱形隆起与断谱特征)，论证了这些谱形特征与冕流结构及其在冕流物理参数诊断方面可能的作用；找到两例II型暴，其在CME前沿（激波）跨过冕流尖点时射电II型暴辐射终止，我们由此推测冕流闭合磁场可能对有关高能电子的加速起重要作用。我们还首次找到了CME与日冕结构相互作用产生II型射电暴的观测依据，有助于理解日冕射电暴的物理起源。. 在模拟计算上，发展了冕流闭场中激波加速电子的数值模型，证明冕流闭场可将部分高能电子约束于激波上游的闭场之内，并使其来回反弹而得到多次加速。即日冕闭场可使激波加速电子的过程更为有效。计算还发现，得到的高能电子具有双向束流分布，能谱基本遵从幂律谱形式，且主要位于闭合磁环的顶部。考虑到绝大多数CME事件源自日冕闭场区域，这一发现对我们理解日冕激波电子加速和射电辐射激发等物理过程具有基本的重要意义。. 作为自由探索的科学基金面上项目，我们也追随科研过程中随时产生的灵感，因此，项目也并不仅仅局限于上述研究。我们还就与项目紧密相关的几个主题：日冕结构(日珥、磁绳等)、爆发物理过程、射电爆发现象、耀斑和激波粒子加速物理机制和太阳爆发的先兆特征(磁场演化等)开展了研究。这些研究成果形成了对上述项目核心工作内容的非常好的丰富和补充。. 项目执行期间，共发表SCI标注论文33篇，其中第一标注2篇，第二标注12篇，第三标注9篇，其它标注10篇。共有28篇论文发表与专业主流期刊ApJ(ApJL, ApJS)之中。获得四次国际学术会议邀请报告，项目负责人获得第二届空间天气学青年科技创新奖。