空间中心科研人员对能量粒子在流相互作用区附近的传播研究取得进展

太阳高能粒子事件是行星际空间中能量粒子突然增加的事件，主要分为与太阳耀斑有关的脉冲型事件和与日冕物质抛射有关的缓变型事件。除此之外，由行星际中来自不同源区的太阳风高速流与低速流相互作用形成的流相互作用区（SIR），对能量粒子的加速和传播也起着重要的作用。在太阳活动低年，SIR随日心距离不断膨胀的边界形成的激波对被认为是内日球层的主要能量粒子源，尤其是后向激波被认为是更有效的粒子加速器。粒子在远处的后向激波得到加速后，会沿着稀疏区中的磁力线传播回到近地空间。由于太阳风的调制，近地空间得到的粒子能谱多数会表现出弯曲的现象。许多近地观测也表明，SIR中存在局地机制可以加速粒子。

中国科学院国家空间科学中心（以下简称“空间中心”）太阳活动与空间天气全国重点实验室沈芳研究员团队对STEREO-A在2016年8月21-24日观测到的一个SIR-能量粒子事件开展相关模拟研究，发现粒子传播过程中会受到行星际磁场中“trap-like”的磁场结构的明显调制。粒子在类似磁镜的磁结构间来回散射并经历多重加速和减速的过程，是造成该能量粒子事件中粒子通量曲线抬升的主要因素，相关文章已发表在国际期刊Astronomy & Astrophysics上。

图一 STEREO-A，WIND和STEREO-B于2007年9月19-25日期间观测数据

最近，该研究团队对STEREO-A、WIND和STEREO-B在2007年9月19-25日期间联合观测到的一个与SIR有关的能量粒子事件进行了探讨。与STEREO-A和WIND的观测不同，通过对来自STEREO-B的数据进行分析，发现SIR（图一灰色区域所示）经过后，来自相近源区的太阳风低速流和高速流形成了复合流区域，且该区域未体现明显的压缩特征，如磁场强度增大、太阳风等离子体数密度增大等。除此之外，在SIR经过后，STEREO-B发现能量质子强度有额外增大的现象，而不是如STEREO-A和WIND观测到的那样，能量质子强度呈直接衰减的演化趋势。为了探究这个独特的粒子事件，研究团队将数据驱动的太阳风背景解析模型与描述能量粒子在行星际中传播与加速的粒子模型结合进行了模拟验证。模型构建的行星际背景场如图二所示，粒子传播的模拟结果发现：SIR经过约9小时后，粒子强度开始抬升，随后呈现快速衰减的趋势（见图三）。对模拟和观测得到的能谱进行拟合，发现能谱指数的绝对值随粒子事件的发展逐渐减小。通过模拟结果与观测数据较好的符合，认为STEREO-B观测到的额外粒子强度增大与之前的SIR事件有密切关系，复合流区域的磁场构型为源区粒子到达观测者提供了更短的路径。

相关文章已发表在国际期刊Astrophysical Journal上，文章第一作者为空间中心博士生陶新祎，通讯作者为空间中心沈芳研究员。该项研究受到国家自然科学基金重点项目、科技部国家重点研发计划以及中科院B类先导专项等项目的联合资助。

图二 模型构建的行星际背景场

Citation:

Tao, X., Shen*, F. & Luo, X. (2025). Modeling Energetic Proton Transport from a Stream Interaction Region to Compound Streams. Astrophysical Journal,978, 143.

https://doi.org/10.3847/1538-4357/ad96ae

Tao, X., Shen, F., Wei, W., Zhu, Y., Luo, X., & Feng, X. (2024). Modeling energetic proton transport in a corotating interaction region: An energetic particle event observed by STEREO-A from 21 to 24 August 2016. Astronomy & Astrophysics, 682, A82. https://doi.org/10.1051/0004-6361/202347248

图三 模拟结果与观测数据对比

（供稿：天气室）