三维行星际磁场中太阳高能粒子的扩散机制研究

项目名称： 三维行星际磁场中太阳高能粒子的扩散机制研究

项目编号： No.41204130

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 地球物理学和空间物理学

项目作者： 何宏青

作者单位： 中国科学院地质与地球物理研究所

项目金额： 25万元

中文摘要： 太阳高能粒子(SEP)是由太阳喷发出来的高能带电粒子，对于在太空中作业的宇航员和卫星上的电子元器件均构成严重的威胁，成为影响日地空间环境和空间天气的一个重要因素。本项目拟结合数值模拟和飞船观测，研究三维行星际磁场中太阳高能粒子的传播过程及其扩散机制，为定量解释相关观测现象提供新思路，为构建太阳高能粒子事件预报模式奠定物理基础。首先，通过将数值模拟结果与多个飞船观测数据进行比对，确定三维行星际磁场中太阳高能粒子传播过程的横向扩散系数；引入横向扩散机制重新厘定太阳高能粒子平行平均自由程对于粒子刚度的依赖关系。其次，阐明太阳源区粒子注入强度空间分布对行星际磁场中高能粒子传播过程的影响。此外，本项目拟在前期理论研究工作基础上，探讨太阳高能粒子平均自由程与磁场、太阳风等行星际条件的内在联系，建立快速、准确确定太阳高能粒子平均自由程的解析公式和直接方法，并将其应用到太阳高能粒子事件的观测和预报研究中。

中文关键词： 太阳高能粒子；行星际磁场；扩散机制；耀斑；日冕物质抛射

英文摘要： Solar energetic particles (SEP), which are charged energetic particles occasionally emitted by the Sun, are harmful to the electronic components on satellites and the health of astronauts working in space, so they have become an important aspect in affecting solar-terrestrial space environment and space weather. With combination of numerical simulations and spacecraft observations, in this project we will investigate the transport processes and relevant diffusion mechanism of SEP in three-dimensional interplanetary magnetic fields, and provide new insights to quantitatively explain the observational phenomena and lay the physical bases for establishing forecast model of SEP events. Firstly, by fitting numerical simulations to multi-spacecraft observations, we will determine the perpendicular diffusion coefficient of SEP transporting in three-dimensional interplanetary magnetic fields, and by means of perpendicular diffusion mechanism, we will revisit the rigidity dependence of the parallel mean free path of SEP. Secondly, we will demonstrate the effects of the spatial distribution of the particle injection strength inside the solar source region on the propagation of SEP in the interplanetary magnetic fields. In addition, based on our previous theoretical studies, we will investigate the inherent relations betwe

英文关键词： Solar Energetic Particles；Interplanetary Magnetic Fields；Diffusion Mechanism；Flares；Coronal Mass Ejections