[论文解读] 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 3

一句话总结

SEE 2020 任务概念提出了一颗配备先进仪器的单一航天器，旨在直接观测太阳耀斑和快速日冕物质抛射（CMEs）等太阳爆发事件（SEEs）期间的日冕能量释放与粒子加速现象。通过在原位测量磁场、电浆、质量运动以及高能粒子，该任务旨在揭示太阳爆发活动与空间天气驱动因素中的基本物理过程。

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.

研究动机与目标

• 理解日冕能量释放的基本物理过程，包括耀斑与快速 CMEs 的能量释放机制。
• 研究日冕中粒子加速的机制，特别是离子加速至数十 GeV 以及电子加速至数百 MeV 的情况。
• 表征 SEEs 期间磁场与电浆运动的动力学，以阐明能量释放与质量喷射之间的耦合关系。
• 通过解析由重大 SEEs 引起的极端行星际介质（IPM）扰动的起源，改进空间 wea 预报。
• 提供对太阳高能粒子（SEP）源区附近高能粒子与电浆条件的原位诊断。

提出的方法

• 将一颗航天器部署于高度椭圆轨道，以在太阳活动事件期间实现与太阳的近距离接近。
• 为航天器配备一整套先进仪器，实时测量磁场、电浆参数以及高能粒子分布。
• 利用高时间分辨率观测，捕捉能量释放与粒子加速过程的时序演化。
• 整合来自 X 射线、伽马射线与粒子探测器的多波段与多信使数据，以交叉验证物理模型。
• 利用原位测量结果，绘制日冕物质抛射及其相关激波的三维结构。
• 利用高灵敏度探测器，捕获能量高达数十 GeV 的离子与数百 MeV 的电子的 SEPs。

实验结果

研究问题

• RQ1 太阳耀斑与快速 CMEs 中能量释放的主要机制是什么？
• RQ2 在太阳爆发事件期间，电子与离子如何加速至相对论性能量？
• RQ3 磁重连在启动与维持粒子加速及质量喷射中起什么作用？
• RQ4 SEEs 的爆发与演化过程中，磁场拓扑结构与电浆条件如何演变？
• RQ5 什么决定了在行星际空间观测到的太阳高能粒子（SEP）通量的强度与各向异性？

主要发现

• SEE 2020 任务概念明确了对日冕能量释放与粒子加速区域进行原位、高分辨率观测的迫切需求。
• 该任务旨在解析 SEEs 中磁重连、电浆加热与粒子加速之间的时空耦合关系。
• 通过测量能量高达数十 GeV 的离子与数百 MeV 的电子，该任务聚焦于太阳系中最极端的粒子加速事件。
• 所提出的仪器旨在同步诊断磁场、电浆流动与高能粒子分布，从而全面理解 SEE 物理机制。
• 该任务强调靠近太阳的重要性，以捕捉 CME 驱动激波与 SEPs 的初始条件。
• 该任务旨在通过直接观测地磁空间及其他行星上的极端空间 wea 事件驱动因素，填补空间 wea 预报的关键空白。