[论文解读] Some characteristics of the GLE on 10 September 2017

V. G. Kurt, A.G. Belov+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 1, 2018

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 23被引用 10

一句话总结

本研究利用来自GOES-13和中子监测站（NMs）的数据，调查了2017年9月10日由X8.2级太阳耀斑引发的地表增强事件（GLE）。研究识别出在16:06–16:08 UT之间到达地球的一道狭窄、非对称的质子束，其质子逃逸太阳的时间不晚于15:53–15:55 UT，该结论基于伽马射线爆发时间与行星际传播模型的分析，将高能质子释放时间的确定精度提高至约3分钟。

ABSTRACT

We present a short overview of the event associated with the recent strong solar flare on 10 September 2017 (X 8.2) based on the available data both from satellite GOES-13 and from selected neutron monitors. The onset time of SPE/GLE at 1 AU was found between 16:06 and 16:08 UT. The GLE effect was anisotropic with a maximum increase of 6 %. The maximum energy of accelerated protons was about 6 GeV. We estimated the release time of sub-relativistic protons into open field lines as 15:53 to 15:55 UT.

研究动机与目标

• 利用高纬度中子监测站（NM）数据，确定2017年9月10日GLE的开始时间及其各向异性特征。
• 通过比较1 AU处GLE开始时间与π介子衰变产生的高能伽马射线辐射，估算亚相对论质子进入行星际空间的释放时间。
• 通过约束质子逃逸时间，解决高能质子是在耀斑期间加速还是由日冕物质抛射驱动的激波加速的争议。
• 利用Fermi/LAT和CORONAS/SONG的独立观测结果验证质子加速时间，将精度提高至3–4分钟以内。

提出的方法

• 利用NMDB网络的高分辨率中子监测站数据，重点关注包括图勒、张宝站和福尔特史密斯在内的高纬度站点，以检测各向异性特征。
• 比较南北极高纬度NM之间的计数率变化，并对11个地磁截止刚度较低（<1.4 GV）的站点数据进行平均，以降低统计噪声。
• 假设质子速度≈0.8c，行星际路径长度≈1.2 AU，应用飞行时间分析估算从太阳到地球的传播延迟。
• 将16:06–16:08 UT的GLE开始时间与Fermi/LAT在≈15:58 UT观测到的π介子衰变伽马射线发射开始时间进行相关分析，推断质子逃逸时间。
• 利用15:58 UT的伽马射线开始时间和16:06–16:08 UT的GLE开始时间，计算出750秒的传播延迟，表明质子释放时间不晚于15:53–15:55 UT。
• 使用2005年1月20日GLE事件验证该方法，其已知伽马射线开始时间为06:44:40 UT，GLE开始时间为06:48:30 UT，结果与质子释放时间一致。

实验结果

研究问题

• RQ1 2017年9月10日GLE在1 AU处的确切开始时间是什么？高能质子何时从太阳释放？
• RQ2 GLE事件在开始时是否呈现各向同性或各向异性？其证据是什么？
• RQ3 来自π介子衰变的高能伽马射线发射时间如何约束质子加速与逃逸时间？
• RQ4 能否通过结合GLE与伽马射线观测，实现亚分钟级精度的质子释放时间估算？
• RQ5 行星际磁场（IMF）连通性与粒子传播在观测到的各向异性中起什么作用？

主要发现

• 1 AU处的GLE开始时间被多个高纬度站点的中子监测站数据证实，发生在16:06至16:08 UT之间。
• 该事件在开始时表现出强烈的各向异性，福尔特史密斯NM的计数率显著高于其他NM，表明存在一道狭窄的质子束。
• 负责GLE的质子从太阳释放的时间不晚于15:53–15:55 UT，基于以≈0.8c速度从太阳到地球传播750秒的延迟。
• Fermi/LAT在≈15:58 UT观测到的π介子衰变伽马射线发射开始时间，证实质子加速与逃逸不可能早于15:50 UT。
• 估算的质子释放时间与耀斑的缓变相时间一致，支持了在磁重连过程中直接加速的结论。
• 该方法在估算质子逃逸时间方面实现了约3分钟的精度，通过2005年1月20日GLE事件的已知伽马射线与GLE开始时间得到验证。