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高度结构化的缓慢太阳风从赤道日冕洞中出现

摘要

在太阳活动极小期,太阳活动最不活跃的时候,太阳风12在高纬度地区观测到的主要是快速(超过500公里/秒),高度Alfvénic稀薄的等离子体流,起源于日冕洞深处。在靠近黄道平面的地方,太阳风被更多变的慢风所点缀3.速度小于每秒500公里。这些缓慢气流的确切来源还不太确定4;理论和观察表明,它们可能起源于头盔飘带的尖端56,从冠状孔边界附近的互通重接78或者在具有高度发散磁场的日冕洞中910.驱动太阳风所需的加热机制也没有解决,尽管候选机制包括Alfvén-wave湍流1112在纳米照明弹中重新连接加热13,离子回旋波加热14和由热梯度引起的加速度1.在一个天文单位的距离上,风是混合和演化的,因此,这些来源和过程的大部分诊断结构已经丢失。这里我们介绍帕克太阳探测器的观测结果15在36到54太阳半径,显示缓慢Alfvénic太阳风从一个小的赤道日冕洞。测量到的磁场呈现出大片的、间歇性的反转,这些反转与等离子体射流和增强的坡印亭通量有关,并与近径向磁场交织在更平滑、更少湍流的流动中。此外,等离子体波测量表明存在电子和离子速度-空间微不稳定性1016这与等离子体加热和热化过程有关。我们的测量表明,有一种与太阳风能量有关的脉冲机制,微不稳定性在加热过程中起着作用,我们提供的证据表明,低纬度日冕洞是缓慢太阳风的关键来源。

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图1:径向磁场测量高度结构化,映射回太阳,并与低源表面一致。
图2:磁场反转和等离子体射流携带坡印亭通量。
图3:近日点附近的等离子体波活动在静风和急流中是不同的。
图4:静风和急流中磁场波动的功率谱密度和磁压缩性。

数据可用性

这项研究中使用的数据可从美国宇航局空间物理数据设施(SPDF)获得,https://spdf.gsfc.nasa.gov/index.html

参考文献

  1. 星际气体和磁场的动力学。12,54。J128, 664-676(1958)。

    广告谷歌学者

  2. Neugebauer, M. & Snyder, C. W.太阳等离子体实验。科学138, 1095-1097(1962)。

    广告中科院PubMed谷歌学者

  3. 麦科马斯,D. J.等。来自极地日冕洞和整个太阳的太阳风较弱。地球物理学。卷35, l18103(2008)。

    广告谷歌学者

  4. Abbo, L.等人。慢太阳风:观测和建模。空间科学。牧师201, 55-108(2016)。

    广告谷歌学者

  5. 拉普塔,G. & Knoll, D. a .流光尖端的汇合流对慢太阳风成因的影响。12,54。J624, 1049-1056(2005)。

    广告谷歌学者

  6. Einaudi, G., Boncinelli, P., Dahlburg, R. B. & Karpen, J. T.日冕流光中缓慢太阳风的形成。j .地球物理学。Res104, 521-534(1999)。

    广告谷歌学者

  7. 菲斯克,洛杉矶和施瓦德隆,n.a.太阳开放磁场的行为。12,54。J560, 425-438(2001)。

    广告谷歌学者

  8. 安提奥克,S. K.,米基奇,Z., Titov, V. S., Lionello, R. & Linker, J. A.慢太阳风来源的模型。12,54。J731, 112(2011)。

    广告谷歌学者

  9. 王,Y.-M。太阳日冕的势场模型。12,54。J392, 310-319(1992)。

    广告中科院谷歌学者

  10. 克朗默,s.r.日冕孔。live Rev. Sol. Phys6, 3(2009)。

    广告PubMed公共医学中心谷歌学者

  11. Hollweg, J. V. & Johnson, W.日冕洞中的过渡区、日冕和太阳风:一些双流体模型。j .地球物理学。Res93, 9547-9554(1988)。

    广告谷歌学者

  12. Verdini, A., Velli, M., Matthaeus, W. H., Oughton, S. & Dmitruk, P.冕洞中快速风加热和加速的湍流驱动模型。12,54。J.列托人。708, 116-120(2010)。

    广告谷歌学者

  13. 帕克,e.n.加热太阳日冕洞。12,54。J372, 719-727(1991)。

    广告谷歌学者

  14. 克兰麦,田志强,高志强,高志强。离子回旋共振加热在极太阳日冕和高速太阳风模型的光谱约束。12,54。J518, 937-947(1999)。

    广告中科院谷歌学者

  15. 福克斯,N. J.等。太阳探测器+任务:人类首次访问我们的恒星。空间科学。牧师204, 7-48(2016)。

    广告谷歌学者

  16. 布伦曼,a.w.等人。STEREO和Wind对地球弓形激波和磁鞘内强回旋谐波的观测。j .地球物理学。空间物理118, 7654-7664(2013)。

    广告谷歌学者

  17. 贝尔,S. D.等。太阳探测器的FIELDS仪器套件。空间科学。牧师204, 49-82(2016)。

    广告中科院PubMed公共医学中心谷歌学者

  18. 太阳风的动力理论。空间科学。牧师4, 666-708(1965)。

    广告谷歌学者

  19. Altschuler, m.d. & Newkirk, G.太阳日冕的磁场和结构:1。计算日冕场的方法。索尔。9, 131-149(1969)。

    谷歌学者

  20. 夏腾,K. H.,威尔考克斯,J. M. &尼斯,n.f.行星际和日冕磁场的模型。索尔。6, 442-455(1969)。

    广告谷歌学者

  21. 阿热,C. N. & Pizzo, V. J.改进在预测太阳风条件使用近实时太阳磁场更新。j .地球物理学。空间物理105, 10465-10479(2000)。

    广告谷歌学者

  22. 莱利,P.等。全球太阳磁流体动力学与势场源面模型结果的比较。12,54。J653, 1510-1516(2006)。

    广告谷歌学者

  23. 胡克塞马,j.t.。大尺度太阳和日球磁场的结构与演化.博士论文,斯坦福大学(1984)。

  24. 李,C. O.等人。日冕场在太阳活动周期第22和第23个最小周期的较低高度开放:IMF比较表明源面应较低。索尔。269, 367-388(2011)。

    广告中科院谷歌学者

  25. 莱利,P.等。在帕克太阳探测器第一次近日点通过时,预测日冕和内日球层的结构。12,54。j·列托人874, 15(2019)。

    广告谷歌学者

  26. 莱文,R. H.,阿尔特舒勒,M. D.,哈维,J. W.和杰克逊,B. V.太阳上的开放磁结构。12,54。J215, 636-651(1977)。

    广告谷歌学者

  27. 卡斯珀,J. C.等。太阳风电子和质子(SWEAP)研究。空间科学。牧师204, 131(2016)。

    广告谷歌学者

  28. 麦科马斯,D. J.等。探测太阳附近的高能粒子环境。自然https://doi.org/10.1038/s41586-019-1811-1(2019)。

  29. 贝尔彻,J. W. &戴维斯,L.行星际介质中的大振幅Alfvén波,2。j .地球物理学。Res76, 3534-3563(1971)。

    广告谷歌学者

  30. 豪斯,G. G.等。太阳风湍流中可压缩波功率的慢模特性。12,54。j·列托人753, 19(2012)。

    广告谷歌学者

  31. 霍伯里,t.s.等人。近太阳快速太阳风中的短而大振幅速度增强。Mon。。r·阿斯特朗。Soc478, 1980-1986(2018)。

    广告谷歌学者

  32. Gosling, J. T., Tian, H. & Phan, T. D.太阳风中的脉冲Alfvén波。12,54。j·列托人737, 35(2011)。

    广告谷歌学者

  33. Balogh, A., Forsyth, R. J., Lucek, E. A., Horbury, T. S. & Smith, E. J.高日向纬度的日球磁场极性反转。地球物理学。卷26, 631-634(1999)。

    广告谷歌学者

  34. 山内勇,Moore, R. L., Suess, S. T., Wang H.和Sakurai, T.太阳日冕洞中Hα大针状体的磁结构。12,54。J605, 511-520(2004)。

    广告谷歌学者

  35. Raouafi N.-E。& Stenborg, G.瞬变在太阳日冕羽流可持续性中的作用。12,54。J787, 118(2014)。

    广告谷歌学者

  36. 罗伯茨,M. A.,乌里茨基,V. M.,德沃尔,C. R. & Karpen, J. T.模拟帕克太阳探测器与日冕孔射流的相遇。12,54。J866, 14(2018)。

    广告谷歌学者

  37. Meyer-Vernet, N., Issautier, K. & Moncuquet, M.准热噪声光谱:艺术与实践。j .地球物理学。空间物理122, 7925-7945(2017)。

    广告谷歌学者

  38. Schekochihin, A. A.等。天体物理陀螺动力学:磁化弱碰撞等离子体中的动力学和流体湍流级联。12,54。J182, 310-377(2009)。

    谷歌学者

  39. 马泰豪,郭士坦,M. L. & Smith, C.均匀湍流中磁螺旋度的评价。理论物理。(148, 1256-1259(1982)。

    广告谷歌学者

  40. Jian, l.k.等。质子回旋频率附近的电磁波:STEREO观测。12,54。J786, 123 (2014);勘误表847, 1(2017)。

    广告谷歌学者

  41. 布鲁诺,R. &卡波恩,V.太阳风作为湍流实验室。live Rev. Sol. Phys10, 2(2013)。

    广告谷歌学者

  42. Pulupa等人。太阳探测器加射频光谱仪:测量要求,模拟设计,数字信号处理。j .地球物理学。空间物理122, 2836-2854(2017)。

    广告谷歌学者

  43. 马拉斯皮纳等人。太阳探测器+任务的Fields仪器套件的数字场板:模拟和数字信号处理。j .地球物理学。空间物理121, 5088-5096(2016)。

    广告谷歌学者

  44. 莫泽、F. S.直流和低频双探头空间电场测量。j .地球物理学。空间物理121, 10942-10953(2016)。

    广告谷歌学者

  45. 安杰洛普洛斯等人。空间物理环境数据分析系统(SPEDAS)。空间科学。牧师215, 9(2019)。

    广告中科院PubMed公共医学中心谷歌学者

  46. D. Dstansby/pfsspy:pfsspy0.1.2https://zenodo.org/record/3237053#.Xcqc-1f7SUk(2019)。

  47. A. Yeates, Antyeates1983/pfss: pfss代码的首次发布https://zenodo.org/record/1472183#.XcqdU1f7SUk(2018)。

  48. 诺尔特,J. T. & Roelof, E. C.星际介质的大尺度结构。I:静时太阳风的高日冕源经度。索尔。33, 241-257(1973)。

    广告谷歌学者

  49. Neugebauer, M.等人。太阳风的空间结构及其与太阳数据和模型的比较。j .地球物理学。Res103, 14587-14599(1998)。

    广告中科院谷歌学者

  50. 斯坦斯比,D,霍伯里,t.s.,华莱士,S. & Arge, C. N.使用开源软件预测帕克太阳探测器的大规模日冕结构。RNAAS3., 57(2019)。

    广告谷歌学者

  51. 克拉克,R.,哈维,J.,希尔,F. &托纳,C.龚磁图零点校正状态。公牛。点。阿斯特朗。Soc35, 822(2003)。

    广告谷歌学者

  52. Hoeksema, J. T.等。日震和磁成像仪(HMI)矢量磁场管道:概述和性能。索尔。289, 3483-3530(2014)。

    广告谷歌学者

  53. 光球磁场与日球磁场。索尔。212, 165(2003)。

    广告谷歌学者

下载参考

确认

帕克太阳探测器上的FIELDS实验是根据NASA的NNN06AA01C合同设计和开发的。FIELDS团队感谢帕克太阳探测器任务操作和约翰霍普金斯大学应用物理实验室航天器工程团队的贡献。S.D.B.感谢Leverhulme信托访问教授计划的支持。s.t.b的贡献由NASA总部根据NASA地球和空间科学奖学金计划资助80NSSC18K1201提供支持。这项工作使用了全球振荡网络组(GONG)项目获得的数据,该项目由国家太阳天文台管理,由AURA, Inc.根据与国家科学基金会的合作协议运营。这些数据是由大熊太阳天文台、高海拔天文台、利尔蒙太阳天文台、乌代普尔太阳天文台、加那利亚斯研究所(Astrofísica de Canarias)和Cerro Tololo美洲天文台操作的仪器获得的。D.B.由英国STFC拨款ST/P000622/1资助。J.P.E.和T.S.H.由英国STFC基金ST/S000364/1资助。D.S.由英国STFC拨款ST/N000692/1资助。本中心由STFC Ernest Rutherford Fellowship资助,编号ST/N003748/2。 T.D.d.W. and V.V.K. are supported by CNES.

作者信息

作者及隶属关系

作者

贡献

S.D.B.在s.t.b.、B.D.G.C、C.H.K.C、t.s.h.、M. Maksimovic、T.D.P.和M.V.的大量贡献下撰写了手稿,所有作者都参与了数据解读,并对手稿进行了阅读和评论。S.D.B.领导的FIELDS仪器团队的贡献来自j.w.b., T.A.B, t.d.d.w., k.g., p.r.h., d.e.l., r.j.m., M. Maksimovic, d.m.m., M.P.和N.E.R.

相应的作者

对应到贝尔

道德声明

相互竞争的利益

作者声明没有利益竞争。

额外的信息

出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。

扩展的数据图形和表格

图1 PFSS中性线拓扑结构随时间和磁图选择的变化R党卫军= 2.5R

彩色地图BR从PFSS提取的源表面半径R党卫军= 2.5R.红色为正极性,蓝色为负极性。黑线显示PIL(轮廓BR= 0)。叠加的是由测量极性着色的弹道投射PSP轨迹。近日点发生在经度330°左右。从左到右,列显示了从NSO/GONG、SDO/HMI和DeRosa LMSAL模型中提取的结果。从上到下,在近日点附近以每周的节奏对模型进行评估,并尽可能及时地从每个源获取输入磁力图。灰色阴影显示了模型评估日中心子午线±60°的区域,表示在观测时可以观测到的太阳部分。

图2 PFSS中性线拓扑结构随时间和磁图选择的变化R党卫军= 2.0R

彩色地图BR在源表面用PFSS提取R党卫军= 2.0R.其他特征如扩展数据图所述。1

扩展数据图3 PFSS中性线拓扑结构随时间和磁力图选择的变化R党卫军= 1.2R

彩色地图BR在源表面用PFSS提取R党卫军= 1.2R.其他特征如扩展数据图所述。1

图4由STEREO-A/EUVI和SDO/AIA仪器组装的卡灵顿旋转2210的极紫外日冕辐射天气图。

顶部,171-Å数据显示日冕铁9大约60万K的辐射。这是图的背景。1 c, d.底部193-Å (AIA)和195-Å (EUVI)数据显示日冕铁的发射十二世在1,000,000 K左右发射。亮度与积分等离子体密度的平方沿视线呈正相关。这两幅图像中的黑暗区域可能是日冕洞的位置,这些洞由开放的磁场线穿过,允许等离子体疏散到星际空间,从而导致密度过低的区域。卡灵顿旋转2210发生在2018年10月26日20:51ut至2018年11月23日04:11ut

在遭遇1期间,PSP以磁性连接到一个小的负极性赤道日冕孔。

这张示意图显示了PSP第一次近日点通过时太阳磁场的势场外推。所示为太阳表面,由AIA 211-Å极紫外辐射着色(见扩展数据图)。4对于其他波长)。冠状洞呈现较浅的阴影。叠加的是在太阳盘初始化的各种场线。黑线表示闭环,蓝色和红色分别表示具有负极性和正极性的开场线。如图所示。1 c, d,在PSP近日点与负赤道日冕孔相连。PSP观测到的“旋回”(喷流)(图。1)表示为从连接PSP的冠状孔中出现的开场线的扭结。(请注意,无论是到航天器的径向距离,还是射流或旋回的尺度或振幅,都不符合比例。)飞船图片由NASA/约翰霍普金斯APL提供。

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贝尔,s.d.,巴德曼,s.t.,邦内尔,J.W.et al。高度结构化的缓慢太阳风从赤道日冕洞中出现。自然576, 237-242(2019)。https://doi.org/10.1038/s41586-019-1818-7

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