[论文解读] Interplanetary Consequences of Coronal Mass Ejection Events occurred during 18--25 June 2015

P. K. Manoharan, D. Maia+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 11, 2016

Solar and Space Plasma Dynamics被引用 5

一句话总结

本研究利用行星际闪烁（IPS）成像、1 AU处的原位测量数据以及白光日冕仪观测，分析了2015年6月18日至25日期间五个快速日冕物质抛射（CMEs）在行星际空间的传播特性。研究发现，尽管背景太阳风速度较低，CMEs在大范围日球层距离内仍保持高速（300–1000 km/s），表明背景太阳风的阻力对减速作用微弱；同时，激波在CME中心及其侧翼均形成。

ABSTRACT

In this paper, we review the preliminary results on the propagation effects and interplanetary consequences of fast and wide coronal mass ejection (CME) events, occurred during 18--25 June 2015, in the Sun-Earth distance range. The interplanetary scintillation (IPS) images reveal that the large-scale structures of CME-driven disturbances filled nearly the entire inner heliosphere with a range of speeds, $\sim$300--1000 {\kmps}. The comparison of speed data sets, from IPS technique results in the inner heliosphere and {\it in-situ} measurements at 1 AU, indicates that the drag force imposed by the low-speed wind dominated heliosphere on the propagation of CMEs may not be effective. The arrival of shocks at 1 AU suggests that a shock can be driven in the interplanetary medium by the central part of the moving CME and also by a different part away from its centre. The increased flux of proton at energies $>$10 MeV is consistent with the acceleration of particles by the shock ahead of the CME.

研究动机与目标

• 研究2015年6月18日至25日期间快速、宽幅CMEs在日地距离范围内的行星际影响。
• 利用50个太阳半径以外的IPS成像，评估CME驱动扰动的径向演化。
• 评估在太阳活动低峰期背景下太阳风阻力减缓CMEs的有效性。
• 将CME传播特性与2003年万圣节风暴期间的强烈活动期进行对比。
• 确定CME前方激波形成的条件及其与粒子加速的关系。

提出的方法

• 利用奥蒂无线电望远镜的IPS成像，对2015年6月19日至26日期间内日球层（50–200 R⊙）的太阳风速度和密度湍流（g参数）进行映射。
• 利用SOHO/LASCO日冕仪（C2和C3）的白光图像，识别事件期间CME的形态、速度和方向性。
• 分析1 AU处来自OMNI数据库的原位太阳风速度和磁场数据，与IPS反演速度进行对比，评估CME演化过程。
• 将Type-II射电 burst 速度与CME速度交叉比对，推断激波形成与粒子加速过程。
• 对比IPS与原位数据的速度分布，评估径向演化与阻力效率。
• 生成2015年6月19日至27日太阳风速度的统计直方图，并与2003年万圣节风暴高活动期进行对比。

实验结果

研究问题

• RQ1 在太阳活动低峰期，快速CMEs如何在内日球层中传播？
• RQ2 当背景太阳风速度较低（约275–375 km/s）时，背景太阳风阻力在多大程度上减缓CMEs？
• RQ3 在行星际介质中，激波在何处以及如何形成——具体而言，是CME中心部分还是侧翼驱动激波？
• RQ4 CME驱动的扰动与能量高于10 MeV的质子通量增强之间存在何种关系？
• RQ5 2015年CME的径向演化与速度分布特征与2003年万圣节太阳风暴强烈活动期相比如何？

主要发现

• 内日球层（50–200 R⊙）充满CME驱动的扰动，表现出高水平的密度湍流（ΔNe）和速度范围在约300至1000 km/s之间。
• 尽管背景太阳风速度较低（约275–375 km/s），CMEs在大距离范围内仍保持高速，表明背景太阳风阻力对减速作用微弱。
• 激波不仅在CME中心形成，也在其侧翼形成，证据来自1 AU处的多次激波到达及相关的Type-II射电爆发。
• 能量高于10 MeV的质子通量增加，与CME前方激波处的粒子加速过程一致。
• IPS与1 AU原位测量的速度分布显示，大量数据点位于500 km/s以上，证实了持续的高速传播。
• 尽管2015年的CME初始速度低于2003年万圣节事件，但其保持的速度高于预期，表明内部能量和磁场结构在超越阻力效应的径向演化中起关键作用。