关键词:
行星际日冕物质抛射
重离子
价态分布
元素丰度
统计学
摘要:
行星际日冕物质抛射(Interplanetary Corona Mass Ejection,简称ICME)的重离子丰度反映了物质源区高度。由于冻结效应,重离子价态体现了低日冕内日冕物质抛射事件(Corona Mass Ejection,简称CME)爆发过程的加热特征。当行星际日冕物质抛射事件传播到地球空间,高价重离子与磁层中性原子碰撞产生软X射线,重离子的丰度和通量变化是磁层成像定标的关键参数。综上,行星际日冕物质抛射事件内重离子特征的定量化统计研究具有重要的科学意义。本工作采用多种统计学假设检验方法,探究了行星际日冕物质抛射所具有的重离子特征及其同质子速度和太阳活动周的关系。本研究分析了从1998年至2011年共13年间ACE卫星在1AU处原位测量的281起行星际日冕物质抛射事件中碳、氧和铁离子的电离状态以及元素丰度比。研究中使用高斯分布和方差分析来量化两种离子价态分布或丰度比之间的异同。本工作还对行星际日冕物质抛射事件的南向磁场分量、速度、持续时长、和太阳活动性这四种可能与重离子特征有关的因素开展了相关性分析和分组检验。结果表明,重离子平均价态、丰度与1AU处的行星际日冕物质抛射事件速度显著相关:行星际日冕物质抛射事件的O7+/O6+与速度呈正相关,这一趋势与太阳风相反;高速与低速分组的氧离子价态和He/O呈现显著统计学差异。此外,重离子丰度和价态还与太阳活动性显著相关:太阳活动高年的行星际日冕物质抛射事件中的镁离子含量远高于太阳风中的含量;氧离子的平均价态和通量在太阳活动极小期与太阳黑子数呈准线性关系,在太阳活动极大期呈现波动;变化复杂剧烈的行星际日冕物质抛射事件中的C,O,Fe离子仅具有三种价态分布类型,并与太阳活动性显著关联。本文的量化统计研究指出行星际日冕物质抛射的重离子价态具有类似太阳风的高速流和低速流分类,但是加热、加速效应却与太阳风的趋势相反,意味着在冻结高度以下存在显著不同的起源机制。随着太阳磁场活动增强,镁元素的增多揭示日冕物质抛射事件的成分中有更高比例来自日冕。行星际日冕物质抛射的碳、氧、铁离子分别只具有三种价态类型,对应于太阳活动极大年或极小年,且氧、镁、铁离子的丰度均显示出与太阳磁场活动的正相关性,表明太阳磁场控制着日冕物质抛射事件的重离子源区成分和加热过程,日冕物质抛射爆发可能具有低年模式和高年模式。