日冕物质抛射（CME）也叫太阳风暴，是空间天气效应的主要驱动者。研究太阳风暴在整个日地空间的传播规律具有至少两方面的意义：有助于提高空间天气预报（如到达地球的时间和速度等）；有助于理解其行星际传播和跟日球层相互作用的物理机制。中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室刘颍、胡会东、王赤等人近期结合STEREO宽视场成像、太阳风观测和重构研究了慢日冕物质抛射事件在日地空间的传播规律。该工作是刘颍等人在2013年关于快日冕物质抛射日地空间传播研究的后续工作。这两个工作以长文形式分别发表于The Astrophysical Journal、The Astrophysical Journal Supplement。

该研究集中于慢日冕物质抛射事件（速度小于400 km/s），并跟快事件（速度大于1000 km/s）和中等速度事件（速度介于两者之间）做了比较。利用自主的三角测量法，发现慢事件日地空间传播表现为二相规律：先缓慢加速至20-30太阳半径，然后基本上以背景太阳风速度传播（约400 km/s），这跟快事件的三相传播形成对比（脉冲加速相、快速减速相和近常速传播相）。由此推断，慢事件主要由背景太阳风前向拖曳加速，当加速至背景太阳风速度时便跟背景太阳风一起运动，而快事件则主要由Lorenz力加速。不同速度的事件之间的比较揭示（见下图），CME速度越大，加速和减速越快，加速和减速的距离越短。目前流行的CME减速拖曳模型（drag based model）可能无法解释上述减速现象，主要原因在于没有考虑CME激波对减速的贡献。该比较也表明中等速度事件和慢事件在到达1 AU之前最终速度跟背景太阳风一样，这一发现有助于空间天气预报：可以采用太阳风的平均速度来作为那些事件到达地球的速度；而对于慢事件，只要知道它们到达25太阳半径的时间和速度便可预报到达地球的时间和速度（因为25太阳半径后速度基本不变）。上述预报不需借助任何模型。

研究同时发现，慢事件虽然速度小，但能以独特的方式增强空间天气效应。因其在日地空间传播时间长，与其他太阳风结构相互作用的概率较大，从而可在行星际空间提供南向磁场和种子粒子以供进一步处理。太阳风观测和重构表明，慢事件一般内部磁场较弱，磁流绳的轴向保持为垂直于太阳径向方向，这些结果可能跟慢事件的起源有关。太阳源区累积的能量不足以达到具有强磁场和高速度的爆发事件，并由此推断，慢事件可能更多是日冕缓慢演化的结果，有别于其他瞬时灾变爆发现象。另外，本次研究也澄清了有关三角测量法的一些认知，并建议了一个所谓的“最佳”实施方案。

论文信息:  

1. Liu,Y. D., Hu, H., Wang, C., et al., On Sun-to-Earth Propagation of Coronal Mass Ejections: II. Slow Events and Comparison with Others, 2016,ApJS, 222, 23.

2. Liu et al., On Sun-to-Earth Propagation of Coronal Mass Ejections, 2013, ApJ, 769, 45. 

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    图:快CME事件（速度大于1000 km/s）、慢事件（速度小于400 km/s）、中等速度事件（速度介于两者之间）的日地空间传播特征的比较。