Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Hiệu ứng FIP và nguồn gốc của hạt năng lượng mặt trời và gió mặt trời
Tóm tắt
Chúng tôi phát hiện rằng sự phong phú của các nguyên tố trong các hạt năng lượng mặt trời (SEPs) và trong gió mặt trời chậm (SSW), so với những gì trong quang quyển, cho thấy các mẫu khác nhau dựa vào tiềm năng ion hóa đầu tiên (FIP) của các nguyên tố. Nói chung, sự phong phú của SEPs và SSW phản ánh các mẫu phong phú của vương miện mặt trời, nơi các nguyên tố có FIP thấp, bị ion hóa trong lớp cromosphê, được truyền lên vương miện một cách hiệu quả hơn so với các nguyên tố FIP cao vốn là các nguyên tử trung gian ban đầu. Sự phong phú của các nguyên tố, đặc biệt là C, P, và S, cho thấy điểm giao nhau từ FIP thấp đến cao tại khoảng ${\approx}\,10~\mbox{eV}$ trong SEPs nhưng ${\approx}\,14~\mbox{eV}$ đối với gió mặt trời. Một cách đơn giản, điều này dường như gợi ý plasma lạnh hơn từ các đốm mặt trời bên dưới các vùng hoạt động. Hơn nữa, nếu lực lực động của sóng Alfvén ưu tiên truyền các ion FIP thấp vào vương miện, plasma nguồn mà cuối cùng sẽ được tăng tốc sốc thành SEPs bắt nguồn từ các cấu trúc từ tính nơi sóng Alfvén cộng hưởng với chiều dài vòng lặp trên các đường sức từ đóng. Điều này tập trung sự phân tách FIP gần đỉnh của lớp cromosphê. Trong khi đó, nguồn SSW có thể nằm gần đáy của các đường sức từ mở phân kỳ bao quanh, nhưng bên ngoài các vùng hoạt động, nơi không có sự cộng hưởng như vậy, cho phép sự phân tách diễn ra khắp lớp cromosphê. Chúng tôi cũng phát hiện rằng các hạt năng lượng được tăng tốc từ chính gió mặt trời bởi các sóng sốc tại các vùng tương tác đồng quay, thường nằm ngoài 1 AU, xác nhận mẫu FIP của gió mặt trời.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Abbo, L., et al.: 2016, Slow solar wind: Observations and modeling. Space Sci. Rev. 201, 55. DOI .
Asplund, M., Grevesse, N., Sauval, A.J., Scott, P.: 2009, The chemical composition of the Sun. Annu. Rev. Astron. Astrophys. 47, 481. DOI .
Bochsler, P.: 2007, Solar abundances of oxygen and neon derived from solar wind observations. Astron. Astrophys. 471, 315. DOI .
Bochsler, P.: 2009, Composition of matter in the heliosphere. Proc. Int. Astron. Union 257, 17. DOI .
Breneman, H.H., Stone, E.C.: 1985, Solar coronal and photospheric abundances from solar energetic particle measurements. Astrophys. J. Lett. 299, L57. DOI .
Brooks, D.H., Ugarte-Urra, I., Warren, H.P.: 2016, Full-Sun observations for identifying the source of the slow solar wind. Nat. Commun. 6, 5947. DOI .
Caffau, E., Ludwig, H.-G., Steffen, M., Freytag, B., Bonofacio, P.: 2011, Solar chemical abundances determined with a CO5BOLD 3D model atmosphere. Solar Phys. 268, 255. DOI .
Cliver, E.W., Kahler, S.W., Reames, D.V.: 2004, Coronal shocks and solar energetic proton events. Astrophys. J. 605, 902. DOI .
Collier, M.R., Hamilton, D.C., Gloeckler, G., Bochsler, P., Sheldon, R.B.: 1996, Neon-20, oxygen-16, and helium-4 densities, temperatures, and suprathermal tails in the solar wind determined with WIND/MASS. Geophys. Res. Lett. 23, 1191. DOI .
Desai, M.I., Giacalone, J.: 2016, Large gradual solar energetic particle events. Living Rev. Solar Phys.. DOI .
Desai, M.I., Mason, G.M., Dwyer, J.R., Mazur, J.E., Gold, R.E., Krimigis, S.M., Smith, C.W., Skoug, R.M.: 2003, Evidence for a suprathermal seed population of heavy ions accelerated by interplanetary shocks near 1 AU. Astrophys. J. 588, 1149. DOI .
Feldman, U., Widing, K.G.: 2007, Spectroscopic measurement of coronal compositions. Space Sci. Rev. 130, 115. DOI .
Fludra, A., Schmelz, J.T.: 1999, The absolute coronal abundances of sulfur, calcium, and iron from Yohkoh-BCS flare spectra. Astron. Astrophys. 348, 286.
Gloeckler, G., Geiss, J.: 2007, The composition of the solar wind in polar coronal holes. Space Sci. Rev. 130, 139. DOI .
Gosling, J.T.: 1993, The solar flare myth. J. Geophys. Res. 98, 18937. DOI .
Kahler, S.W., Sheeley, N.R. Jr., Howard, R.A., Koomen, M.J., Michels, D.J.: 1984, Associations between coronal mass ejections and solar energetic proton events. J. Geophys. Res. 89, 9683. DOI .
Laming, J.M.: 2009, Non-WKB models of the first ionization potential effect: Implications for solar coronal heating and the coronal helium and neon abundances. Astrophys. J. 695, 954. DOI .
Laming, J.M.: 2015, The FIP and inverse FIP effects in solar and stellar coronae. Living Rev. Solar Phys. 12, 2. DOI .
Laming, J.M.: 2017, The first ionization potential effect from the ponderomotive force: On the polarization and coronal origin of Alfvén waves. Astrophys. J. Lett. 844, L153. DOI .
Lee, M.A.: 2005, Coupled hydromagnetic wave excitation and ion acceleration at an evolving coronal/interplanetary shock. Astrophys. J. Suppl. 158, 38. DOI .
Laming, J.M., Moses, J.D., Ko, Y.-K., Ng, C.K., Rakowski, C.E., Tylka, A.J.: 2013, On the remote detection of suprathermal ions in the solar corona and their role as seeds for solar energetic particle production. Astrophys. J. 770, 73. DOI .
Lee, M.A., Mewaldt, R.A., Giacalone, J.: 2012, Shock acceleration of ions in the heliosphere. Space Sci. Rev. 173, 247. DOI .
Lodders, K., Palme, H., Gail, H.-P.: 2009, Abundances of the elements in the solar system. In: Trümper, J.E. (ed.) Landolt-Börnstein, New Series VI/4B, Springer, Berlin, 560. Chapter 4.4.
Mason, G.M., Mazur, J.E., Dwyer, J.R., Reames, D.V., von Rosenvinge, T.T.: 1997, New spectral and abundance features of interplanetary heavy ions in corotating interaction regions. Astrophys. J. 486, 149. DOI .
Mason, G.M., Sanderson, T.R.: 1999, CIR associated energetic particles in the inner and middle heliosphere. Space Sci. Rev. 89, 77. DOI .
Mewaldt, R.A., Cohen, C.M.S., Leske, R.A., Christian, E.R., Cummings, A.C., Stone, E.C., von Rosenvinge, T.T., Wiedenbeck, M.E.: 2002, Fractionation of solar energetic particles and solar wind according to first ionization potential. Adv. Space Res. 30, 79. DOI .
Meyer, J.-P.: 1985, The baseline composition of solar energetic particles. Astrophys. J. Suppl. 57, 151. DOI .
Ng, C.K., Reames, D.V., Tylka, A.J.: 2003, Modeling shock-accelerated solar energetic particles coupled to interplanetary Alfvén waves. Astrophys. J. 591, 461. DOI .
Rakowsky, C.E., Laming, J.M.: 2012, On the origin of the slow speed solar wind: Helium abundance variations. Astrophys. J. 754, 65. DOI .
Reames, D.V.: 1995, Coronal Abundances determined from energetic particles. Adv. Space Res. 15(7), 41.
Reames, D.V.: 2009a, Solar release times of energetic particles in ground-level events. Astrophys. J. 693, 812. DOI .
Reames, D.V.: 2009b, Solar energetic-particle release times in historic ground-level events. Astrophys. J. 706, 844. DOI .
Reames, D.V.: 2013, The two sources of solar energetic particles. Space Sci. Rev. 175, 53. DOI .
Reames, D.V.: 2014, Element abundances in solar energetic particles and the solar corona. Solar Phys. 289, 977. DOI .
Reames, D.V.: 2015, What are the sources of solar energetic particles? Element abundances and source plasma temperatures. Space Sci. Rev. 194, 303. DOI .
Reames, D.V.: 2016a, Temperature of the source plasma in gradual solar energetic particle events. Solar Phys. 291, 911. DOI .
Reames, D.V.: 2016b, The origin of element abundance variations in solar energetic particles. Solar Phys. 291, 2099. DOI .
Reames, D.V.: 2017a, Solar Energetic Particles, Lecture Notes in Physics 932, Springer, Berlin ISBN 978-3-319-50870-2. DOI .
Reames, D.V.: 2017b, The abundance of helium in the source plasma of solar energetic particles. Solar Phys. 292, 156. DOI . arXiv .
Reames, D.V.: 2018, Abundances, ionization states, temperatures, and FIP in solar energetic particles. Space Sci. Rev., submitted. arXiv .
Reames, D.V., Cliver, E.W., Kahler, S.W.: 2014, Abundance enhancements in impulsive solar energetic-particle events with associated coronal mass ejections. Solar Phys. 289, 3817. DOI .
Reames, D.V., Richardson, I.G., Barbier, L.M.: 1991, On the differences in element abundances of energetic ions from corotating events and from large solar events. Astrophys. J. Lett. 382, L43. DOI .
Richardson, I.G.: 2004, Energetic particles and corotating interaction regions in the solar wind. Space Sci. Rev. 111, 267. DOI .
Richardson, I.G., Barbier, L.M., Reames, D.V., von Rosenvinge, T.T.: 1993, Corotating MeV/amu ion enhancements at \({\leq}\,1~\mbox{AU}\) from 1978 to 1986. J. Geophys. Res. 98, 13. DOI .
Rouillard, A.C., Odstrčil, D., Sheeley, N.R. Jr., Tylka, A.J., Vourlidas, A., Mason, G., Wu, C.-C., Savani, N.P., Wood, B.E., Ng, C.K., et al.: 2011, Interpreting the properties of solar energetic particle events by using combined imaging and modeling of interplanetary shocks. Astrophys. J. 735, 7. DOI .
Rouillard, A., Sheeley, N.R. Jr., Tylka, A., Vourlidas, A., Ng, C.K., Rakowski, C., Cohen, C.M.S., Mewaldt, R.A., Mason, G.M., Reames, D., et al.: 2012, The longitudinal properties of a solar energetic particle event investigated using modern solar imaging. Astrophys. J. 752, 44. DOI .
Schmelz, J.T., Reames, D.V., von Steiger, R., Basu, S.: 2012, Composition of the solar corona, solar wind, and solar energetic particles. Astrophys. J. 755, 33.
Tylka, A.J., Cohen, C.M.S., Dietrich, W.F., Lee, M.A., Maclennan, C.G., Mewaldt, R.A., Ng, C.K., Reames, D.V.: 2005, Shock geometry, seed populations, and the origin of variable elemental composition at high energies in large gradual solar particle events. Astrophys. J. 625, 474. DOI .
Webber, W.R.: 1975, Solar and galactic cosmic ray abundances – A comparison and some comments. In: Proc. 14th Int. Cos. Ray Conf., Munich, 5, 1597.
Zank, G.P., Li, G., Verkhoglyadova, O.: 2007, Particle acceleration at interplanetary shocks. Space Sci. Rev. 130, 255. DOI .