[论文解读] Relation of Microstreams in the Polar Solar Wind to Switchbacks and Coronal X-ray Jets

M. Neugebauer, Alphonse C. Sterling|arXiv (Cornell University)|Sep 30, 2021

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 28被引用 20

一句话总结

本文展示了极区太阳风中微流速峰值与磁重联反转（switchbacks）之间存在显著的时间相关性，后者与折叠的行星际磁场相关。研究提出，微流并非源于单个日冕X射线喷流，而是由重复的迷你纤维/通量绳喷发所生成的多个磁重联反转事件集群所致，持续数小时的喷流活动可解释微流持续时间较长的原因。

ABSTRACT

Ulysses data obtained at high solar latitudes during periods of minimum solar activity in 1994 and 2007 are examined to determine the relation between velocity structures called microstreams and folds in the magnetic field called switchbacks. A high correlation is found. The possibility of velocity peaks in microstreams originating from coronal X-ray jets is re-examined; we now suggest that microstreams are the consequence of the alternation of patches of switchbacks and quiet periods, where the switchbacks could be generated by minifilament/flux rope eruptions that cause coronal jets.

研究动机与目标

• 研究高纬度太阳风中微流与磁重联反转之间的关系。
• 重新评估日冕X射线喷流是微流速度峰值来源的假说。
• 确定磁重联反转区域（而非孤立事件）是否能解释微流的持续时间和结构。
• 评估重复的迷你纤维/通量绳喷发在线性磁重联反转生成及其对太阳风流的下游影响中的作用。

提出的方法

• 分析1994年和2007年‘先驱者号’在太阳极区太阳活动极小期的原位测量数据。
• 通过质子速度偏离约0.4天运行平均值超过20 km s⁻¹来识别微流峰值。
• 利用径向磁场分量（BR/B）的反转和α质子速度差（Vap）追踪磁重联反转特征。
• 将微流峰值与磁重联反转的时间序列进行相关分析，特别关注具有多个磁场反转的区间。
• 利用长时间的太阳风剖面，评估磁重联反转区域在空间和时间上与微流持续时间的一致性。
• 结合‘帕克太阳探测器’（PSP）新观测结果，重新审视X射线喷流起源假说，发现磁重联反转以间歇性区域形式存在。

实验结果

研究问题

• RQ1 极区太阳风中的微流速度峰值是否与磁重联反转结构同步？
• RQ2 微流的持续时间和振幅是否可由磁重联反转集群解释，而非单个事件？
• RQ3 日冕X射线喷流与磁重联反转之间是否存在因果联系？若存在，其如何产生微流？
• RQ4 数小时内重复的迷你纤维/通量绳喷发是否可解释微流峰值的形成？
• RQ5 磁重联反转的空间尺度相对于米粒组织、光球超granules和色球喷流等日面结构如何？

主要发现

• 极区太阳风中的微流峰值与磁重联反转序列强相关，表现为BR/B和Vap的同步反转。
• 绝大多数微流峰值（1994年南半球极区飞越期间为100%）与磁重联反转事件相关，速度剖面中以红色圆点（BR > 0）标记。
• 持续数小时的磁重联反转区域，而非孤立事件，是微流形成的原因，其持续时间与典型微流峰值（约3–10小时）一致。
• 随着‘先驱者号’接近太阳，阿尔芬速度从约35 km s⁻¹增至约42 km s⁻¹，磁重联与平静期之间的速度展宽也相应增加，与阿尔芬波扰动一致。
• 观测到的磁重联反转旋转角度达约80°或以上，与PSP在35–50 Rs处观测到的径向演化趋势一致。
• 磁重联反转的空间尺度约30,000 km，与超granule大小相当；更小尺度的磁重联反转（约1,000 km）可能与色球喷流或迷你纤维喷发相关。