[論文レビュー] Solar Eruptive Events (SEE) 2020 Mission Concept

R. P. Lin, Amir Caspi+21 more|arXiv (Cornell University)|Nov 20, 2013

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

SEE 2020ミッション・コンセプトは、太陽の爆発的活動（SEEs）中のコロナエネルギー解放および粒子加速を直接観測するための、高度な機器を搭載した単一の宇宙船を提案している。主にフレアおよび高速コロナル・マス・エジェクション（CMEs）に焦点を当て、磁場、プラズマ、質量運動、および高エネルギー粒子を直接測定することで、太陽の爆発的活動および宇宙天気の駆動要因における根本的なプロセスを解明することを目的としている。

ABSTRACT

Major solar eruptive events (SEEs), consisting of both a large flare and a near simultaneous large fast coronal mass ejection (CME), are the most powerful explosions and also the most powerful and energetic particle accelerators in the solar system, producing solar energetic particles (SEPs) up to tens of GeV for ions and hundreds of MeV for electrons. The intense fluxes of escaping SEPs are a major hazard for humans in space and for spacecraft. Furthermore, the solar plasma ejected at high speed in the fast CME completely restructures the interplanetary medium (IPM) - major SEEs therefore produce the most extreme space weather in geospace, the interplanetary medium, and at other planets. Thus, understanding the flare/CME energy release process(es) and the related particle acceleration processes are major goals in Heliophysics. To make the next major breakthroughs, we propose a new mission concept, SEE 2020, a single spacecraft with a complement of advanced new instruments that focus directly on the coronal energy release and particle acceleration sites, and provide the detailed diagnostics of the magnetic fields, plasmas, mass motions, and energetic particles required to understand the fundamental physical processes involved.

研究の動機と目的

• 太陽の爆発的活動（SEEs）におけるコロナエネルギー解放の背後にある根本的物理的プロセスを理解すること。
• 特にイオンが数十GeV、電子が数百MeVに達するまでのコロナ内での粒子加速メカニズムを調査すること。
• エネルギー解放と質量噴出の間の結合を明確にするために、SEEs中の磁場トポロジーとプラズマ運動のダイナミクスを特徴付けること。
• 主なSEEsに起因する極端な宇宙空間中間（IPM）擾乱の原因を解明することで、宇宙天気予測を改善すること。
• 太陽高エネルギー粒子（SEP）の発生源領域近傍の高エネルギー粒子およびプラズマ状態を直接診断すること。

提案手法

• 太陽活動のピーク時に太陽に近接できる高離心率の楕円軌道に単一の宇宙船を配置する。
• 磁場、プラズマパラメータ、および高エネルギー粒子分布をリアルタイムで測定できる、高度な機器のセットを宇宙船に搭載する。
• エネルギー解放および粒子加速プロセスの時間的変化を捉えるために、高時間分解能の観測を実施する。
• X線、ガンマ線、粒子検出器からの多波長・マルチメッセンジャー観測データを統合し、物理モデルの妥当性を検証する。
• 三次元構造のマッピングを可能にするために、直接測定を用いてコロナル・マス・エジェクションおよび関連する衝撃波の三次元構造を特定する。
• 高感度検出器を用いて、イオンでは数十GeV、電子では数百MeVに達するSEPsを捉える。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フレアおよび高速CMEにおけるエネルギー解放を支配する主要メカニズムは何か？
• RQ2 太陽の爆発的活動中、電子およびイオンはどのように相対論的エネルギーに加速されるのか？
• RQ3 磁気再結合は、粒子加速および質量噴出の開始と持続に果たす役割は何か？
• RQ4 SEEsの発生および発展過程で、磁場トポロジーとプラズマ状態はどのように変化するのか？
• RQ5 宇宙空間で観測される太陽高エネルギー粒子（SEP）フラックスの強度と非対称性を決定づける要因は何か？

主な発見

• SEE 2020ミッション・コンセプトは、コロナエネルギー解放および粒子加速の現場における、直接的かつ高分解能の観測の重要性を特定している。
• このミッションは、SEEsにおける磁気再結合、プラズマ加熱、粒子加速の空間的・時間的結合を解明することを目的としている。
• イオンでは数十GeV、電子では数百MeVに達する高エネルギー粒子を測定することで、太陽系内で観測される最も極端な粒子加速イベントをターゲットとしている。
• 提案された機器は、磁場、プラズマ流れ、および高エネルギー粒子分布を同時に診断できるように設計されており、SEE物理学の包括的かつ包括的な理解を可能にする。
• CME駆動衝撃波およびSEPsの初期状態を捉えるために、太陽に近接する重要性を強調している。
• このミッションは、地球の環境および他の惑星における極端な宇宙天気イベントの駆動要因を直接観測することで、宇宙天気予測における主要なギャップを埋める位置づけにある。