高能中性原子建模以研究太阳耀斑和日冕物质抛射

太阳耀斑和日冕物质抛射(CME)是太阳系中两个最有能量的过程，用数十亿吨高能等离子体气体洒满地球磁场，可能破坏电网，卫星和通信网络。了解像这样的大型太阳高能粒子(SEP)事件所涉及的潜在粒子加速过程一直是太阳物理学研究的核心问题之一。

Gang Li博士是阿拉巴马大学亨茨维尔分校(UAH)空间科学系教授，是《天体物理学杂志》上一篇题为“从太阳耀斑和CME驱动的冲击中模拟太阳高能中性原子”的论文的第一作者，该论文首次展示了高能中性原子(ENAs)如何用作探测大型SEP事件中加速过程的新手段， 以及区分两个加速点：太阳耀斑中的大环路和CME驱动的冲击的下游。

“这项工作可能会激发[太阳物理学]界更多地考虑太阳ENA粒子的产生和传播，”李博士说。“该论文首次证明了ENA可用于区分CME / Flare SEP加速度，为未来可能测量太阳能ENA奠定了必要的理论基础。

“李博士的工作提供了一种突破性的新方法，可以远程探索太阳大气中粒子加速的物理学，”UAH空间等离子体和航空研究中心主任兼空间科学系Aerojet RocketdyneGary Zank博士说。

“这扩大了空间科学系已经大量的努力，即使用ENAs探索日光层的偏远区域，在那里我们利用在日球层和邻近星际介质的遥远边界中创建的ENA来探索这些区域的等离子体物理学。

“使用ENA的最终目标是在加速点获得各种物理参数，”李博士指出。“科学家们知道粒子可以在两个可能的位置加速：太阳耀斑或CME驱动的冲击。但是，哪个位点在加速粒子方面更有效?哪个位点可以将粒子加速到更高的能量?这些都是经常争论的问题，我们不知道答案。

通过实验观察解决这些谜团的主要障碍是太阳本身，因为对近太阳条件和SEP事件产生所涉及的物理过程的基本了解因无法在加速点附近进行直接测量而受到阻碍。

ENA代表了一种提供答案的潜在新方法，因为它们是由变化交换反应的质子形成的中性粒子(氢原子)。因为它们是中性的，所以它们不受磁场的影响。

“这非常重要，因为这些中性粒子在从太阳传播到观察者时不受太阳风MHD(磁流体动力学)湍流的影响，”李博士解释说。“相比之下，质子，离子和电子，因为它们是带电的，它们从太阳到地球的传播被太阳风磁场扭曲了。因此，ENA携带加速站点的所有物理信息。因此，观察它们提供了一个全新的机会来约束潜在的粒子加速过程。

此外，高能原子可以在距离太阳约1个天文单位或约150.<>亿公里的距离内揭示它们的秘密，在那里ENA的通量仍可由专用的ENA探测器测量。检索这些数据的追求最终可能导致一项新的NASA太阳任务，以更好地了解这些粒子以及大型SEP事件如何起源于影响地球的磁层。

“我们的模拟为解释未来的ENA观测奠定了理论基础，”李博士指出。“这些观测结果可能会被NASA作为未来的任务，例如NASA SMEX任务，致力于太阳能ENA研究。一个专门的ENA任务可以过滤掉更多的带电SEP，并直接在这些ENA测量之后进行，这可以提供有关太阳附近SEP加速的新信息，并帮助解决困扰社区的长期问题。

事实上，Zank博士是NASA的一项新任务，称为IMAP(星际测绘和加速探测器)，实际上将在1个天文单位上安装ENA仪器，能够测量在遥远的日球层和源自太阳的ENA。