太阳风局地性质的源区依赖和宁静区外流的光谱学诊断

How the solar wind forms is a fundamental question in space physics. It comprises two aspects: the observational identification of solar wind sources, and an understanding of the heating and acceleration of the nascent solar wind. For this purpose, it proves crucial to examine the source dependence of the in situ solar wind properties and the parameters of the near-Sun solar wind. However, few studies have attempted to trace the in situ wind back to the solar surface, thereby examining the source dependence of the in situ wind and their near-Sun portion. The current project consists of two inter-related parts. First, with the aid of a large-scale solar magnetic field model, we will pinpoint the solar sources of the in situ solar winds, and examine how the in situ parameters depend on the source properties. Second, given that we found that the quiet Sun may be an important mass supplier to the solar wind at solar minima, we will focus on the nascent outflow from the quiet Sun. This will be done in a systematic manner by combining imaging and spectroscopic observations together with magnetic field models. The outcome of this project will help understand how the solar wind forms and accelerates, and will also provide important observational constraints on available solar wind models.

太阳风如何形成是空间物理中的重要课题，又可分为太阳风源区认证及初始太阳风加热加速两个层面。对来自不同源区太阳风的近日面流动特性及其局地参数进行观测分析可为理解该问题提供重要线索。太阳风实测分析中，还少有研究将太阳风首先回溯至太阳表面，而后考察太阳风局地参数及初始流动性质对源区的依赖。本项目拟在两个方面开展工作。首先，将借助于大尺度太阳磁场模型寻找局地太阳风的日面源区，考察太阳风局地参数对源区性质的依赖。其次，考虑到我们已有的太阳低年时宁静区可能是近地太阳风重要源头的初步结论，将关注起源于宁静区的太阳风。拟结合成像、光谱学、磁场等手段，对其近日面流动参数进行系统的光谱学诊断。项目成果将有助于增进对太阳风起源和初始太阳风加热加速机制的理解，还将对太阳风的模型和理论研究提供观测约束和检验。

“太阳风是如何形成的？”是空间物理和太阳物理研究中的重要课题，又可以细分为如下两个问题，一是太阳风源区的认证；二是初始太阳风是如何被加热和加速的。已有的研究表明，包括冕洞区、活动区和宁静区在内的大尺度日冕结构都是太阳风的源区。三类源区的大尺度磁场位型存在显著差异，冕洞区主要被大尺度开放磁力线填充，与之相比，活动区和宁静区主要被闭合磁力线占据。故对不同来源的太阳风局地性质进行分析，并研究太阳风性质对源区类型的依赖可以增进对太阳风起源和形成的认识。. 本项目首先在已有工作的基础上，提高了时间精度，将局地太阳风与源区进行了对应；然后使用极紫外成像和磁场等观测数据，结合磁场外推模型对太阳风源区的性质进行诊断，对不同来源的太阳风参数进行了分析，考察了太阳风局地性质对源区类型的依赖；最后基于上述观测结果，对波和湍流（WTD）以及磁场重联（RLO），这两类主要的初始太阳风加热和加速机制进行了检验和分析。通过本项目的实施，发现不同来源的太阳风其速度、电荷态、低第一电离势效应等参数均存在显著的差异。太阳风在氦元素丰度（A_He）和阿尔法粒子与质子的速度差（V_ap）两维分布空间存在显著的双重心分布特征，且冕洞风主要分布于高A_He和V_ap区域，而非冕洞（活动区和宁静区）风集中于低A_He和V_ap区域。上述结果表明，来自不同源区的太阳风其局地性质存在显著的差异，太阳风源区磁场位型和等离子体性质对太阳风局地参数存在显著的影响。. 本项目的结果意味着，WTD和RLO两类主要的太阳风模型均起作用，在冕洞区太阳风等离子体主要是沿着开放磁力线直接传播到行星际空间的，此时WTD模型起主要作用；而在活动区和宁静区等离子体首先被束缚在闭合磁环中，然后通过闭合磁力线与开放磁力线重联而释放到行星际空间，该区域RLO模型占据主导。上述发现增进了对太阳风物质来源和初始太阳风加热和加速机制的理解，也对太阳风的模型和理论研究提供了观测约束和检验。