行星際日冕物質拋射期間的磁層軟X射線輻射研究獲進展

　　太陽風電荷交換（Solar Wind Charge Exchange，簡稱SWCX）是指太陽風中高價態的離子（C、N、O等）和中性成分（地球空間中主要是中性H）發生碰撞，獲得一個電子進入激發態，隨后在回到基態的過程中釋放出軟X射線波段的光子。地球磁層的SWCX軟X射線輻射主要發生在日側的磁鞘和極尖區，因此利用軟X射線觀測技術，可深入認知磁層X射線輻射特性及太陽風-磁層耦合特性。

　　日冕物質拋射（Coronal Mass Ejection，CME）是太陽系內規模最大，程度最劇烈的能量釋放活動。CME從太陽釋放到行星際空間即為行星際日冕物質拋射（Interplanetary Coronal Mass Ejection，簡稱ICME）。ICME傳播到近地空間，將會引起地磁暴、極光等現象，可對空間探測、衛星運行、通訊、電力設施和輸油管道等產生顯著影響。

　　在ICME的作用下，地球磁層SWCX軟X射線輻射也會產生響應，但在ICME本體作用下磁層X射線輻射是增強還是減弱，此前并不確定。因為，一方面ICME中重離子的價態通常較高、離子種類更豐富，SWCX輻射強度傾向于增強；而另一方面由于ICME的膨脹，ICME內部的等離子體數密度一般較周圍太陽風低，SWCX軟X射線輻射趨于減弱。ICME的地球物理效應一般發生于ICME本體作用于磁層的時期（非ICME驅動的鞘區），因此衡量SWCX軟X射線輻射強度及譜線的響應特征，對于太陽風-磁層耦合的X射線成像探測頗具意義。

　　近日，中國科學院院士王赤、中科院國家空間科學中心太陽活動與空間天氣重點實驗室研究員孫天然和博士生張穎潔等人，與英國萊斯特大學、中科院紫金山天文臺、國家天文臺等合作，利用XMM-Newton天文X射線衛星對ICME期間的磁層SWCX軟X射線輻射進行研究。該事件發生在2011年2月18日，地球磁層先是受到ICME驅動的鞘區（CME壓縮周圍太陽風形成，具有高等離子體密度特點）影響，隨后又受到ICME本體（具有低等離子體密度的特點）的影響。研究結果表明，雖然ICME中的太陽風質子通量下降到較低水平，但是SWCX軟X射線輻射卻增強了。因為ICME中的離子具更高的電離狀態，有效增強了來自重離子(如Ne、Mg和Al)的線發射強度。因此，盡管質子通量低，ICME中較高的高價態離子豐度有利于磁層軟X射線觀測。ICME作用下的地球磁鞘輻射出了更加豐富的譜線。此外，XMM-Newton衛星觀測得到的SWCX離子發射線強度與ACE原位測得的離子豐度的變化具較好的一致性，這證明SWCX輻射光譜診斷可用于遠程分析太陽風中高價態離子的分布。

　　相關成果發表在《天體物理學快報》（The Astrophysical Journal Letters）上。研究工作得到國家自然科學基金重點項目、中科院前沿科學重點研究計劃、中科院空間科學戰略性先導科技專項、中科院研究基金和國家重點實驗室專項研究基金、中科院青年創新促進會優秀會員資助計劃等的支持。