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地球物理系关于太阳风Alfvén 波的观测研究进展


太阳风是源自太阳大气的一种超音速等离子体流,通常情况下,行星际磁场与太阳风等离子体会冻结在一起,从日面向外扩展到行星际空间。

Alfvén波是一种磁流体电磁波,普遍存在于太阳日冕和太阳风中。经观测和理论研究发现,Alfvén波是驱动日冕加热和太阳风加速的一种重要机制,因此受到了广泛关注。根据Alfvén波速度扰动和磁场扰动的高度相关性,在观测研究中通常采用Walén测试来识别行星际中的Alfvén 波。然而传统的测试方法只能考虑在满足剩余电场最小的条件下,确立一个平均的背景参考系。

地球物理系的刘瑾作为第一作者,与中国科学技术大学的王传兵教授等人提出了一种新的Alfvén波诊断方法,可利用单卫星数据有效地识别太阳风中高纯度的Alfvén波。该方法运用自适应的分解技术(EEMD),基于一个随时间变化的De Hoffmann Teller参考系,获得了更为理想的测试参数,并提供了一种根据观测数据重构Alfvén波动的方法。相对于传统方法,EEMD方法更适用于具有非平稳和多尺度变化的实测数据,能获得更准确的Alfvén特性参数,为太阳风Alfvén波的特征分析和能量传输耗散机制的研究提供了重要的参考。

该论文近期发表于国际著名学术期刊The Astrophysical Journal (简称ApJ)。文章详情:https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ab722b



1. 太阳风中剪切Alfvén波的示意图(图片来自互联网)。黑色曲线代表磁力线,红点和蓝点分别代表等离子体中的正负带电粒子。在太阳风不可压缩的情况下,等离子体与磁场冻结在一起,呈现如图所示的Alfvén振动。

 

 

  


2. 利用EEMD方法进行Walén测试的事例展示。左图为基于De Hoffmann Teller参考系的测试结果;右图为通过分解重构的Alfvén波动的测试结果。



 
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