[论文解读] A new possibility to estimate the width, source location and velocity of halo CMEs

G. Michałek, N. Gopalswamy+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 24, 2007

Solar and Space Plasma Dynamics被引用 79

一句话总结

本文提出一种几何方法，利用SOHO/LASCO掩星盘两侧的CME首次出现时间差，估算日冕物质抛射（CME）的真实速度、角宽度和源位置。通过假设径向速度恒定且呈对称刚性圆锥扩张，该方法校正了投影效应，发现日冕物质抛射平均速度为1080 km/s，角宽度为120°，显著快于且宽于SOHO/LASCO目录中典型CME。

ABSTRACT

It is well know that the coronagraphic observations of halo CMEs are subject to projection effects. Viewing in the plane of the sky does not allow us to determine the crucial parameters defining geoeffectivness of CMEs, such as the velocity, width or source location. We assume that halo CMEs at the beginning phase of propagation have constant velocities, are symmetric and propagate with constant angular widths. Using these approximations and determining projected velocities and difference between times when CME appears on the opposite sides of the occulting disk we are able to get the necessary parameters. We present consideration for the whole halo CMEs from SOHO/LASCO catalog until the end of 2000. We show that the halo CMEs are in average much more faster and wider than the all CMEs from the SOHO/LASCO catalog.

研究动机与目标

• 解决日冕仪观测在准确测定日冕物质抛射（CME）真实地磁影响参数方面因投影效应导致的局限性。
• 利用掩星盘两侧CME首次出现时间差，估算日冕物质抛射的真实速度、角宽度和源位置。
• 通过提供校正后的初始CME参数而非投影平面速度，改进空间天气预测。
• 证明日冕物质抛射构成一类与SOHO/LASCO目录中标准CME显著不同的CME，具有更高的速度和更宽的角范围。

提出的方法

• 假设日冕物质抛射以恒定径向速度和恒定角宽度传播，形成对称刚性圆锥。
• 将CME在掩星盘东侧首次出现与西侧最后出现之间的时间差（ΔT）作为关键可观测量。
• 应用涉及CME角宽度（α）、源偏移（r）、倾角（γ）及投影速度（Vx1, Vx2）的几何关系，推导真实参数。
• 求解四个相互关联的方程：ΔT = (2R + r)/Vx2 - (2R - r)/Vx1，cos(γ) = r/R，cos(γ - α/2) = Vx1/V，以及cos(180° - γ - α/2) = Vx2/V。
• 从SOHO/LASCO C2和C3图像中经验性地确定Vx1、Vx2和ΔT，重点关注起始时间的可见不对称性。
• 通过比较投影平面速度与校正后的真实速度验证结果，发现投影效应平均导致约20%的校正量。

实验结果

研究问题

• RQ1 尽管存在投影效应，是否能基于SOHO/LASCO观测估算日冕物质抛射的真实速度、角宽度和源位置？
• RQ2 日冕物质抛射在掩星盘两侧首次与最后一次出现的时间差如何与其实测物理参数相关？
• RQ3 日冕物质抛射是否显著快于且宽于SOHO/LASCO目录中平均CME，若是，程度如何？
• RQ4 投影效应在多大程度上扭曲了观测到的投影平面速度，且这种扭曲能否被定量校正？
• RQ5 在真实观测背景下，对日冕物质抛射假设为刚性对称圆锥模型存在哪些局限性？

主要发现

• 日冕物质抛射的平均真实速度为1080 km/s，约为SOHO/LASCO目录中报告平均速度的两倍。
• 日冕物质抛射的平均角宽度为120°，范围在40°至172°之间，表明其显著宽于典型CME。
• 日冕物质抛射起源于太阳中心附近，源位置分布峰值出现在γ ≈ 65°，表明其强烈偏好太阳子午线中心。
• 投影效应随CME速度增加而增强，平均而言，投影平面速度低估真实速度约20%。
• 该方法成功为1996至2000年SOHO/LASCO目录中131个日冕物质抛射中的73个确定了真实参数，其余因复杂性或亮度不足而无法处理。
• 结果证实，日冕物质抛射代表一类具有增强地磁影响潜力的CME，因其高速和宽广角范围而显著。