太陽高能粒子（SEPs）由太陽劇烈爆發(fā)活動（比如耀斑、日冕物質(zhì)拋射）產(chǎn)生并在日地空間中傳播，單個粒子能量最高可達(dá)GeV量級，對在太空中作業(yè)的宇航員和衛(wèi)星上的電子元器件均構(gòu)成嚴(yán)重危害，成為影響日地空間環(huán)境和空間天氣的重要因素。為規(guī)避或減輕空間高能粒子對人類空間探測活動和生產(chǎn)生活的影響，深入了解高能粒子在日地空間中的傳播過程及其效應(yīng)十分重要。
太陽高能粒子在太陽表面釋放出來以后，將在充滿磁湍流的行星際空間中擴(kuò)散與傳播，主要包括平行擴(kuò)散、垂直擴(kuò)散、絕熱冷卻、絕熱磁聚焦、太陽風(fēng)對流等基礎(chǔ)物理機(jī)制。這些物理機(jī)制以非線性方式耦合在一起，加之復(fù)雜多變的行星際磁場條件，深入理解太陽高能粒子在行星際空間的傳播過程成為一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的課題。隨著國際上若干飛船相繼升空，定量預(yù)測和解釋各飛船的高能粒子觀測現(xiàn)象成為本領(lǐng)域的國際研究熱點(diǎn)。
中科院地質(zhì)與地球物理研究所地球與行星物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室何宏青副研究員和萬衛(wèi)星研究員通過對高能粒子多維聚焦傳播方程開展一系列數(shù)值模擬研究，系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了太陽高能粒子在日球?qū)拥?相對經(jīng)度"東-西非對稱分布現(xiàn)象，即觀測者的磁力線足點(diǎn)與高能粒子源區(qū)之間的日面經(jīng)度距離相同時(shí)，源自東邊源區(qū)的太陽高能粒子強(qiáng)度大于源自西邊源區(qū)的太陽高能粒子強(qiáng)度，太陽高能粒子峰值強(qiáng)度亦具有相同規(guī)律。多個典型粒子能量段的數(shù)值模擬研究均證實(shí)此一發(fā)現(xiàn)。因此，對于日球?qū)油豢臻g位置處，源自磁足點(diǎn)東邊源區(qū)的高能粒子輻射劑量勢必大于源自磁足點(diǎn)西邊源區(qū)的高能粒子輻射劑量。
太陽高能粒子事件從太陽表面或附近觸發(fā)以后，能否被行星際空間或地球附近的飛船觀測到，一般取決于該事件到達(dá)飛船位置時(shí)的粒子通量強(qiáng)度：強(qiáng)度越大，越易于被發(fā)現(xiàn)；強(qiáng)度越弱，越易于被錯失。因此，該研究喻示源自磁足點(diǎn)東邊源區(qū)的太陽高能粒子事件易于被飛船發(fā)現(xiàn)，并且易于到達(dá)地球附近并影響近地空間環(huán)境和空間天氣。進(jìn)一步的理論分析表明，太陽高能粒子事件的"相對經(jīng)度"非對稱分布現(xiàn)象歸因于行星際磁場東-西非對稱結(jié)構(gòu)及垂直擴(kuò)散對高能粒子傳播過程的重要作用。該項(xiàng)研究對于深入理解日地聯(lián)系具有重要價(jià)值，對于空間天氣預(yù)報(bào)具有重要意義。該研究成果在第33屆國際宇宙射線大會上報(bào)告以后，引起國際同行的廣泛關(guān)注和興趣，目前國際上已有相關(guān)跟蹤研究。
圖1：源自日面不同經(jīng)度位置的太陽高能粒子事件在地球附近的通量-時(shí)間剖面，呈現(xiàn)東（實(shí)線）-西（虛線）"相對經(jīng)度"非對稱分布現(xiàn)象。
圖2：源自日面不同經(jīng)度位置的太陽高能粒子事件在地球附近的峰值通量，呈現(xiàn)系統(tǒng)性的東（左側(cè)紅線）-西（右側(cè)藍(lán)線）"相對經(jīng)度"非對稱分布現(xiàn)象。
該項(xiàng)研究成果近期發(fā)表于國際權(quán)威天體物理學(xué)期刊 The Astrophysical Journal Supplement Series （He & Wan, Numerical Study of the Longitudinally Asymmetric Distribution of Solar Energetic Particles in the Heliosphere. The Astrophysical Journal Supplement Series, 2015, 218, 17, doi:10.1088/0067-0049/218/2/17）。
原文鏈接: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0067-0049/218/2/17/meta