2 AU以內(nèi)的“漸進(jìn)型”太陽高能粒子事件模擬

敖先志，劉四清,2，沈 華，王晶晶，胡駿翔，李 剛

（1.中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心，北京 100190；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100190；3.美國阿拉巴馬大學(xué)漢茨維爾分?？臻g科學(xué)系，漢茨維爾 35899）

引 言

太陽高能粒子事件是影響近地空間（1 AU）以及深空輻射環(huán)境重要的甚至是主要的因素之一，對(duì)航天器、人造地球衛(wèi)星，以及宇航員的安全等構(gòu)成巨大的威脅。大規(guī)模的太陽高能粒子事件會(huì)造成嚴(yán)重的空間災(zāi)害天氣。因此，太陽高能粒子事件的觀測(cè)、產(chǎn)生形成機(jī)制以及相應(yīng)的預(yù)報(bào)模式是當(dāng)前國際空間物理學(xué)界的最前沿課題之一。

太陽高能粒子事件往往可以分為兩種類型：“脈沖”（impulsive）型和“漸進(jìn)”（gradual）型[1]。“脈沖”型事件中的高能粒子表現(xiàn)在觀測(cè)上的特征是儀器測(cè)量到的高能粒子通量有個(gè)突然的、急劇的增強(qiáng)，然后又快速下降，持續(xù)時(shí)間常常在一個(gè)或者數(shù)個(gè)小時(shí)左右，就好像一個(gè)單脈沖一樣；“漸進(jìn)型”事件中的高能粒子其典型觀測(cè)特征是升高后的粒子通量緩慢、漸進(jìn)地下降，事件持續(xù)的時(shí)間很長(zhǎng)，可以達(dá)到2 天以上。這兩種形態(tài)的事件有時(shí)候會(huì)混合在一起[2-4]。在實(shí)際觀測(cè)中，“漸進(jìn)”型的太陽高能粒子事件占大多數(shù)[5]。

國外對(duì)于太陽高能粒子事件的觀測(cè)和理論研究開展得比較早[1,6]。一般認(rèn)為，“漸進(jìn)型”事件中的高能粒子（主要成分為質(zhì)子）是由日冕物質(zhì)拋射驅(qū)動(dòng)（CME-driven）的激波加速產(chǎn)生[7-11]。這種粒子加速機(jī)制通常被稱為激波擴(kuò)散加速（Diffusive Shock Accelera‐tion，DSA）機(jī)制，其本質(zhì)是一階費(fèi)米加速。這種加速機(jī)制可以輕而易舉地把粒子加速到＞100 MeV/nucleon。2000年，Zank 等提出了基于DSA 加速機(jī)制的太陽高能粒子加速和傳播模型：PATH（Particle Acceleration and Transport in the Heliosphere）模型。這個(gè)模型在過去的10多年里得到了不斷的發(fā)展和完善[12-20]。胡駿翔等進(jìn)一步擴(kuò)展了前人的研究[21-22]，建立了iPATH（improved PATH）模型，將激波的演化從一維擴(kuò)展到了二維，從而能夠考慮方位角和垂直擴(kuò)散系數(shù)對(duì)粒子加速和傳播的影響。

本文利用iPATH模型對(duì)發(fā)生于2014年04月18日的CME 所引起的太陽高能粒子事件實(shí)例進(jìn)行了數(shù)值模擬，并將地球附近（1 AU）的數(shù)值模擬結(jié)果和衛(wèi)星觀測(cè)進(jìn)行了對(duì)比；在此基礎(chǔ)上加以擴(kuò)展，進(jìn)一步給出了深空環(huán)境中不同位置處太陽高能粒子通量的模型計(jì)算結(jié)果。

1 iPATH模型簡(jiǎn)述

iPATH模型是在PATH模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行的擴(kuò)展。iPATH模型的運(yùn)行主要包括3個(gè)步驟：①生成背景太陽風(fēng)環(huán)境；②模擬CME 驅(qū)動(dòng)的激波并計(jì)算粒子在激波附近的加速過程；③計(jì)算被激波加速的高能粒子在行星際空間中的傳播。

iPATH對(duì)背景太陽風(fēng)的模擬使用了開源數(shù)值模擬程序包ZEUS3D[23]來求解磁流體力學(xué)方程組為

其中：ρ是流體的密度；V是流體的速度；p是流體的熱壓強(qiáng)；B是磁感應(yīng)強(qiáng)度；e是單位體積內(nèi)的能量，其定義包括內(nèi)能和磁能；Φ是引力勢(shì)能。

盡管ZEUS3D 具有求解三維磁流體力學(xué)（Mag‐netoHydro Dynamics，MHD）方程組的能力，但是iPATH在當(dāng)前只具有模擬二維條件下的粒子加速和傳播能力，因而在利用ZEUS3D 程序包進(jìn)行計(jì)算時(shí)，iPATH模型將其中一個(gè)維度的大小設(shè)為1。具體來說，ZEUS3D 程序包的設(shè)置采用了球極坐標(biāo)（r，θ，φ）參考系，r，θ，φ分別為徑向距離、仰角和方位角，太陽位于中心，θ=90°的平面是黃道面，iPATH模型的θ角取值被限定于只取90°一個(gè)值，從而使得三維模擬程序退化為二維數(shù)值模擬。這種方法的不足在于二維數(shù)值模擬沒有三維數(shù)值模擬更準(zhǔn)確，但是對(duì)于太陽高能粒子事件模擬來說可以減少計(jì)算資源、大幅提高計(jì)算速度，尤其是對(duì)于空間天氣預(yù)警和預(yù)報(bào)而言，計(jì)算時(shí)間的減少，帶來的是預(yù)警提前量的提升。

iPATH模型通過在內(nèi)邊界處引入持續(xù)一段時(shí)間的擾動(dòng)來模擬日冕物質(zhì)拋射。內(nèi)邊界處的擾動(dòng)參數(shù)包括CME 速度、密度、溫度、磁場(chǎng)以及擾動(dòng)持續(xù)時(shí)間，CME的角寬度也是參數(shù)之一，用于描述CME的擾動(dòng)速度分布的范圍。為簡(jiǎn)單起見，iPATH 模型假設(shè)CME的速度分布為高斯分布。

對(duì)于發(fā)生于2014年4月18日的CME事件，本文所選擇的初始擾動(dòng)參數(shù)，盡量使得模擬結(jié)果符合日冕儀和1 AU 處的太陽風(fēng)的實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)。與背景太陽風(fēng)數(shù)值模擬類似，iPATH 模型采用MHD 方程組來描述擾動(dòng)在太陽風(fēng)中的傳播。隨著CME 擾動(dòng)的引入，CME驅(qū)動(dòng)的激波開始在模型中傳播和演化。ZEUS3D程序包采用了交錯(cuò)網(wǎng)格和迎風(fēng)格式。模型中的初始磁場(chǎng)為簡(jiǎn)單的Parker螺旋場(chǎng)。

iPATH模型在計(jì)算激波參數(shù)時(shí)同步計(jì)算粒子的加速過程。對(duì)于粒子在激波附近經(jīng)歷加速過程的理論和數(shù)值模型，文獻(xiàn)[12]～[22]有非常詳盡的描述，本文不再重復(fù)敘述。文獻(xiàn)[12]～[20]所發(fā)展的PATH模型在后期已經(jīng)在一定程度上考慮了垂直擴(kuò)散系數(shù)，但是鑒于PATH模型在處理激波時(shí)，采用的是一維模型，因此PATH 無法解決擴(kuò)散系數(shù)在φ方向上的變化。iPA‐TH 模型從一維擴(kuò)展為二維空間，擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)而可以表現(xiàn)為φ的函數(shù)，或者更為明確地說，激波波前不同位置具有不同的擴(kuò)散系數(shù)。

高能粒子的注入率對(duì)被加速粒子能譜的形成具有重要作用。注入率受到局地太陽風(fēng)參數(shù)、湍流強(qiáng)度、激波參數(shù)、粒子能量動(dòng)量等各種因素影響，也是目前高能粒子加速機(jī)制研究的一個(gè)重要對(duì)象?，F(xiàn)階段，在iPATH模型里粒子的注入率是高能粒子能量動(dòng)量的一個(gè)函數(shù)。此外，iPATH模型假設(shè)：激波對(duì)粒子有加速作用，而粒子對(duì)于激波的反作用可以忽略。iPATH模型利用磁流體力學(xué)方程組來描述和模擬激波傳播，然而磁流體力學(xué)是沒有辦法來刻畫高能粒子加速過程對(duì)激波反作用的動(dòng)力學(xué)特征的。這一點(diǎn)，有待于未來的研究工作來解決。

被加速的高能粒子從激波附近逃逸并沿行星際空間磁力線傳播，傳播過程中被傳播路徑上的湍流所散射。粒子的傳播過程服從聚焦傳輸（focused trans‐port）方程，在iPATH 模型中利用蒙特卡洛（Monte Carlo）方法來求解粒子的傳播過程[21]。

2 數(shù)值模擬結(jié)果

數(shù)個(gè) GOES（Geostationary Operational Environ‐mental Satellites）衛(wèi)星從 2014年04月18日—2014年04月22日均觀測(cè)到了強(qiáng)烈的太陽高能質(zhì)子增強(qiáng)事件。這次太陽高能粒子事件來源于一次大的日冕物質(zhì)拋射事件所驅(qū)動(dòng)的激波。在2014年04月18日，太陽活動(dòng)區(qū)AR12036 爆發(fā)了一次M7.3 級(jí)的耀斑，X 射線的流量在當(dāng)天13：03UT左右達(dá)到了最大值。耀斑爆發(fā)大約20 min 后，位于日地引力平衡點(diǎn)L1 處的太陽和日球?qū)犹綔y(cè)器（Solar and Heliospheric Observatory，SO‐HO）衛(wèi)星所搭載的C2 和C3日冕儀觀測(cè)到了高速全暈CME。先進(jìn)的成分探測(cè)器（Advance Composition Explorer，ACE）衛(wèi)星在 20日大約 10：20UT 左右觀測(cè)到了這一次CME爆發(fā)所驅(qū)動(dòng)的激波。這次全暈CME事件所引發(fā)的太陽高能粒子事件是一起孤立事件，事件前后高能粒子的通量均無由于其它CME 事件所帶來的明顯擾動(dòng)。GOES-15 衛(wèi)星的觀測(cè)表明在事件之前7 天和之后9 天的時(shí)間內(nèi)，能量大于2.5 MeV 的質(zhì)子通量保持在背景大小。因此，這次事件非常適合進(jìn)行數(shù)值模擬研究。實(shí)際上，在此次CME 爆發(fā)的同一天大約07：24UT 左右爆發(fā)了一個(gè)小的CME，其速度和角寬度經(jīng)估算分別為大約387 km/s 和84°。同時(shí)期ACE 衛(wèi)星觀測(cè)到的太陽風(fēng)速度逐漸從大約400 km/s增加到700 km/s，因而這一次小的CME 事件不大可能會(huì)引起SEP事件。另一方面，STEREO的2顆衛(wèi)星也觀測(cè)到了這次小的CME 事件。STEREO-A 與地球的夾角為165°，STEREO-B與地球的夾角為156°，這兩顆衛(wèi)星上搭載的日冕儀觀測(cè)圖像結(jié)合SOHO衛(wèi)星的日冕儀圖像，我們推斷07：24UT 左右爆發(fā)的小型CME 事件的拋射方向遠(yuǎn)離黃道面，與日地連線接近垂直。故而，這次事件不會(huì)對(duì)本文的數(shù)值模擬造成非常顯著的干擾。

此次事件數(shù)值模擬計(jì)算域的物理尺度為

其中：r的單位為AU；φ的單位為角度。

網(wǎng)格大小設(shè)置為黃道面上的1 500×360 個(gè)格點(diǎn)。在r方向和φ方向上均為均勻網(wǎng)格劃分，因此計(jì)算域的內(nèi)邊界是一個(gè)半徑為0.1 AU 的圓。在計(jì)算背景太陽風(fēng)參數(shù)這一步中，為簡(jiǎn)化起見，采用了軸對(duì)稱設(shè)置，即內(nèi)邊界所有網(wǎng)格點(diǎn)上同一個(gè)物理量的數(shù)值是相同。數(shù)值模擬所使用的內(nèi)邊界背景太陽風(fēng)參數(shù)見表1所示。圖1給出了背景太陽風(fēng)的模擬結(jié)果。圖中橫坐標(biāo)是離太陽的距離（以AU 為單位），（a）是歸一化的太陽風(fēng)數(shù)密度，即質(zhì)子數(shù)密度乘以距離的平方；（b）是太陽風(fēng)的速度。在1 AU 處，數(shù)值模擬的太陽風(fēng)數(shù)密度大約為5.9/cm3，速度大約為468 km/s。同時(shí)期的ACE衛(wèi)星在1 AU的觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，太陽風(fēng)數(shù)密度圍繞6/cm3上下波動(dòng)，速度圍繞500 km/s上下波動(dòng)。因此，采用表1中的內(nèi)邊界條件數(shù)值模擬得到的結(jié)果是符合實(shí)際太陽風(fēng)狀態(tài)的。

表1 數(shù)值模擬內(nèi)邊界參數(shù)Table1 Inner boundary conditions

圖1 背景太陽風(fēng)參數(shù)數(shù)值模擬結(jié)果。上：歸一化的太陽風(fēng)質(zhì)子數(shù)密度；下：太陽風(fēng)速度。橫坐標(biāo)是r方向上的距離Fig.1 Numerical simulation of the background solar wind conditions

中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心所屬空間環(huán)境預(yù)報(bào)與研究中心（Space Environment Prediction Center，SEPC）部署了一套日冕物質(zhì)拋射自動(dòng)識(shí)別軟件程序。這套軟件利用Hough 變換和J-maps[24-25]方法從SOHO衛(wèi)星日冕儀的白光日冕圖像中自動(dòng)檢測(cè)和識(shí)別CME，并進(jìn)一步采用冰激凌錐模型[26]來反演CME 的速度和角寬度等參數(shù)。在某些情況下，例如全暈CME，自動(dòng)識(shí)別和反演程序可能會(huì)把1個(gè)CME識(shí)別成2個(gè)或者多個(gè)CME，SEPC 的CME 識(shí)別軟件同時(shí)提供人工干預(yù)接口以除去明顯不合理的結(jié)果。

圖2是計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)識(shí)別和人工干預(yù)識(shí)別對(duì)2014年04月18日的CME爆發(fā)進(jìn)行識(shí)別的對(duì)比圖。圖2（a）是自動(dòng)識(shí)別的結(jié)果，圖2（b）是人工干預(yù)識(shí)別的結(jié)果。自動(dòng)識(shí)別將此次全暈CME 識(shí)別為2 個(gè)CME，本文在識(shí)別CME時(shí)進(jìn)行了人工修正。將CME識(shí)別結(jié)果利用冰激凌錐模型進(jìn)行反演，結(jié)果見圖3。圖3（a）是將圖2（b）的結(jié)果輸入冰激凌錐模型反演的結(jié)果，圖3（b）是全自動(dòng)反演的結(jié)果。顯然，圖3（b）結(jié)果不是真實(shí)的。因此，本文在后續(xù)的數(shù)值模擬中采用圖3（a）的結(jié)果：速度1 290 km/s，角寬度120°。此外，數(shù)值模擬所采用的CME 持續(xù)時(shí)間為1.5 h，其它的CME參數(shù)見表1。

圖2 SOHO衛(wèi)星白光日冕圖像CME識(shí)別與提取Fig.2 CME detection and recognition based on SOHO coronagraph images

圖3 冰激凌錐模型反演CME參數(shù)Fig.3 CME parameters derived by Cone model fitting method

圖4所示為CME/激波在黃道面內(nèi)傳播的數(shù)值模擬結(jié)果。每個(gè)小圖中，太陽位于中心，以白色表示；綠色代表地球所在的位置，藍(lán)色、紅色和黃色代表另外3個(gè)假想的觀測(cè)點(diǎn)，其中紅色和黃色觀測(cè)點(diǎn)的方位角分別為30°和5°，地球和藍(lán)色觀測(cè)點(diǎn)的方位角為90°；黑色曲線代表磁力線；顏色棒表示的是速度的大小，單位為km/s。觀測(cè)點(diǎn)和激波波前的磁力線連接位置（Connecting with the OBserver Point，COB‐Point）在太陽高能粒子事件中起著非常重要的作用。這幾個(gè)觀測(cè)點(diǎn)在研究磁力線聯(lián)通與SEP事件之間的關(guān)系具有相當(dāng)?shù)拇硇浴＠?，紅色觀測(cè)點(diǎn)在爆發(fā)開始時(shí)，磁力線連接在激波最強(qiáng)的中心區(qū)域，隨著時(shí)間的推移，連接點(diǎn)（COBPoint）逐漸向激波右側(cè)邊緣移動(dòng)；黃色觀測(cè)點(diǎn)的磁力線連接點(diǎn)（COBPoint）起初位于激波左側(cè)邊緣，隨激波傳播逐漸向激波中心區(qū)域移動(dòng)；藍(lán)色觀測(cè)點(diǎn)在開始時(shí)刻幾乎不與激波波前具有磁力線連接。圖3中徑向距離的單位為AU，黑色實(shí)線圓為1 AU 的地球軌道。圖4中可以直觀地看到，激波法向和磁力線的夾角隨激波波前位置不同而變化。圖4中每一個(gè)小圖，激波中間部分壓縮比大，向兩側(cè)，壓縮比逐漸減小。因此，不同位置處被加速的粒子也具有不一樣的能譜。

高能粒子的注入率在SEP事件數(shù)值模擬中扮演著非常重要的作用，SEP 事件中的粒子通量均與之相關(guān)。假設(shè)粒子的注入率為[20]

圖4 CME/激波在黃道面內(nèi)傳播Fig.4 The simulated propagation of the CME/shock in the ecliptic plane

其中：θ為激波法向和磁力線的夾角；E0是質(zhì)子在平行激波條件下的注入能；是質(zhì)子在斜激波條件下的注入能，它是θ的函數(shù)，( -δ)是種子粒子的能譜分布函數(shù)的冪指數(shù)。

在深空環(huán)境下，很少有機(jī)會(huì)能夠直接將觀測(cè)結(jié)果和模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。本文利用地球軌道的觀測(cè)結(jié)果來確定數(shù)值模型的參數(shù)，再以同樣的參數(shù)來模擬深空環(huán)境下的SEP事件。如前所述，假設(shè)粒子注入率中的χ= 2%，數(shù)值模擬所得的2014年04月18日SEP事件在1 AU地球附近的高能質(zhì)子的單向積分通量見圖5。

圖6是數(shù)值模擬所得到的地球附近的高能質(zhì)子的單向微分通量，圖6給出了6個(gè)不同能段粒子的單向微分通量?？偠灾瑢?duì)于2014年04月18日的SEP事件在地球附近的表現(xiàn)所進(jìn)行的數(shù)值模擬基本上能反映實(shí)際的觀測(cè)結(jié)果，本文利用地球觀測(cè)的結(jié)果所確定的數(shù)值模擬參數(shù)，將模擬范圍擴(kuò)大到1 AU 以外，進(jìn)一步對(duì)深空環(huán)境下的SEP事件進(jìn)行模擬。

圖5中虛線是地球同步軌道GOES衛(wèi)星的觀測(cè)結(jié)果，實(shí)線是iPATH模型的模擬結(jié)果。紅色、藍(lán)色和綠色曲線分別代表能量大于10、50、100 MeV 的高能質(zhì)子的單向積分通量。以大于10 MeV的高能質(zhì)子為例，數(shù)值模擬的結(jié)果在事件發(fā)生后的前12 h內(nèi)和觀測(cè)較為吻合，之后我們模擬的積分通量開始下降，與之相比觀測(cè)值仍然維持了很長(zhǎng)時(shí)間才開始下降。通過與GOES衛(wèi)星觀測(cè)的高能質(zhì)子的單向微分通量以及軟X射線的觀測(cè)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在事件發(fā)生的大約前12～24 h，數(shù)值模擬的結(jié)果相對(duì)于觀測(cè)結(jié)果偏小，其原因可能與行星際太陽風(fēng)結(jié)構(gòu)有關(guān)。在大約27 h后，太陽有一次小的耀斑爆發(fā)，耀斑爆發(fā)產(chǎn)生的入射粒子可能作為種子粒子注入激波附近進(jìn)一步增強(qiáng)了這次SEP事件中＞10 MeV 能量粒子的通量，但是其對(duì)更高能的粒子＞50 MeV 的通量影響不大。事件發(fā)生后的前12 h內(nèi)，對(duì)于＞50 MeV和＞100 MeV的高能粒子，本文數(shù)值模擬的結(jié)果偏大。

圖5 地球附近SEP事件單向積分通量觀測(cè)和模擬對(duì)比虛線為同步軌道GOES衛(wèi)星觀測(cè)值，實(shí)線為數(shù)值模擬結(jié)果Fig.5 Comparison between the observed unidirectional integral flux（dashed lines）by GOES satellite and the simulated results（solid lines）

圖6 地球附近SEP事件單向微分通量的數(shù)值模擬結(jié)果Fig.6 The simulated unidirectional differential flux at near-Earth space

圖7所示為1 AU距離30°處的觀測(cè)點(diǎn)高能質(zhì)子單向積分通量的數(shù)值模擬結(jié)果。由于該位置處的磁力線在CME 爆發(fā)開始時(shí)刻就連接于激波波前中心區(qū)域，因而高能粒子的通量迅速達(dá)到最高值，隨著激波快速向外傳播，磁力線在激波波前的連接點(diǎn)（COBPoint）也迅速地移動(dòng)到激波波前邊緣，在事件發(fā)生后大約15 h后，各個(gè)能段高能粒子的單向微分通量漸漸回歸到背景大?。▓D8）。

圖7 紅色觀測(cè)點(diǎn)位置處的SEP事件單向積分通量數(shù)值模擬結(jié)果Fig.7 The simulated unidirectional integral flux at location of the red spot

圖8 紅色觀測(cè)點(diǎn)位置處的SEP事件單向微分通量數(shù)值模擬結(jié)果Fig.8 The simulated unidirectional differential flux at location of the red spot

圖9～10是位于黃道面上90°，1.5 AU 處高能粒子的數(shù)值模擬結(jié)果。由于事件開始時(shí)刻觀測(cè)點(diǎn)的磁力線并未很好地連接在激波波前，因此起初在該位置較低能段高能粒子的通量沒有抬升，而較高能段的高能粒子由于橫向的擴(kuò)散，其通量?jī)H有較小的抬升，在最初的5 h 左右，＞50 MeV 的高能質(zhì)子通量的數(shù)量級(jí)從10-2上升為10-1。隨著激波向外傳播，該處的磁力線在激波波前的連接點(diǎn)（COBPoint）向激波中間區(qū)域移動(dòng)，低能段的高能粒子通量也開始抬升，但是由于激波在傳播過程中逐漸減弱，對(duì)高能粒子的加速作用也降低，因而高能段的高能粒子通量的抬升也不大，從圖10中可以看到，18 MeV的高能粒子單向微分通量最高到了大約0.4 個(gè)/（cm2s sr MeV），而1.1 MeV的高能粒子的單向微分通量最高則上升了到了接近100個(gè)/（cm2s sr MeV）。

圖9 藍(lán)色觀測(cè)點(diǎn)位置處的SEP事件單向積分通量數(shù)值模擬結(jié)果Fig.9 The simulated unidirectional integral flux at location of the blue spot

圖10 藍(lán)色觀測(cè)點(diǎn)位置處的SEP事件單向微分通量數(shù)值模擬結(jié)果Fig.10 The simulated unidirectional differential flux at location of the blue spot

圖11～12是位于黃道面上 5°，1.5 AU 處的 SEP數(shù)值模擬結(jié)果。在事件初始時(shí)刻，此處磁力線在激波面上的連接點(diǎn)（COBPoint）靠近左側(cè)，伴隨連接點(diǎn)逐漸向激波中心區(qū)域移動(dòng)，高能粒子的通量開始抬升，到達(dá)最高點(diǎn)后開始下降。隨著連接點(diǎn)逐漸向激波右側(cè)邊緣移動(dòng)，激波的加速作用很快降低，在大約25 h 后觀測(cè)點(diǎn)處的高能粒子通量基本恢復(fù)到背景水平。

圖11 黃色觀測(cè)點(diǎn)位置處的SEP事件單向積分通量數(shù)值模擬結(jié)果Fig.11 The simulated unidirectional integral flux at location of the yellow spot

圖12 黃色觀測(cè)點(diǎn)位置處的SEP事件單向微分通量數(shù)值模擬結(jié)果Fig.12 The simulated unidirectional differential flux at location of the yellow spot

3 結(jié) 論

本文利用iPATH模型對(duì)發(fā)生于2014年04月18日爆發(fā)的CME 所驅(qū)動(dòng)的激波引起的行星際空間太陽高能粒子事件進(jìn)行了數(shù)值模擬。數(shù)值模擬局限于2個(gè)天文單位距離以內(nèi)的二維黃道面內(nèi)。本文在模擬中選取了4個(gè)具有代表性的觀察點(diǎn)，其中一個(gè)觀察點(diǎn)是地球所在位置。通過對(duì)比模擬結(jié)果和GOES衛(wèi)星的觀測(cè)結(jié)果來確定合適的數(shù)值模擬參數(shù)，并以此為基礎(chǔ)擴(kuò)展到了更遙遠(yuǎn)的深空。結(jié)果表明：黃道面內(nèi)不同距離不同角度的位置，在一次SEP事件中可以經(jīng)歷完全不同的過程。

現(xiàn)階段太陽高能粒子事件的數(shù)值模擬還較為粗略，由于整個(gè)SEP事件的物理過程非常復(fù)雜，iPATH模型做了必要的簡(jiǎn)化，所采用的方法和結(jié)果不但揭示了深空環(huán)境中SEP的物理過程，而且也為深空環(huán)境的高能粒子輻射分析提供了參考。深空探測(cè)計(jì)劃必然需要考慮項(xiàng)目實(shí)施過程中來自太陽高能粒子事件的影響，本研究工作所獲得的成果可以在這方面得到應(yīng)用。