太阳风与彗星相互作用

摘要

彗星是太阳系中一类形状不规则的小天体,主要由可挥发物质组成.在彗星接近太阳的过程中,彗核中挥发物被加热释放的中性成分在光致电离、电荷交换和电子碰撞过程后带电,并在太阳风的作用下形成射线状的等离子体彗尾.另一方面,源自彗星的中性成分带电后,将被太阳风携带,称为拾起离子.这些拾起离子多为比H+更重的水族离子(H_(2)O^(+)、O^(+)),因此,在拾起或称质量加载过程中,动量守恒导致太阳风被减速.太阳风等离子体携带的行星际磁场也将在彗核周围堆积.同时,由于太阳风速度方向和行星际磁场方向的夹角,拾起离子的速度分布呈现束流、环状分布.拾起离子与太阳风离子可能通过离子-离子不稳定性激发波动,进而贡献湍流的演化.彗星中性成分和太阳风等离子体在电荷交换过程中还将辐射X射线和极紫外辐射,为通过谱线强度分析确定太阳风的成分和状态提供了可能.研究彗星活动及其与太阳风的相互作用,对于了解彗星物质组成和结构动力学、日球层太阳风的改造演化、太阳系中有机物乃至生命起源,都有重要的意义.本文从原位探测、遥感观测、理论模拟的三个角度回顾了太阳风与彗星相互作用的研究进展,并对未来的研究发展趋势进行展望.在原位探测上,本文介绍了哈雷彗星和彗星67P/Churyumov-Gerasimenko的相关观测,比较了不同彗星活动性下,彗星与太阳风的相互作用过程.在遥感观测上,本文介绍了PSP携带的WISPR白光成像仪和SOHO/LASCO C2对低活动性彗星322P的观测.在理论模拟中,我们介绍了对前述观测的数值模拟验证工作,以及掠日彗星在近日点附近与太阳风相互作用的相关模拟工作.对于日心距离不同、气体活动性不同、探测器容易或不易到达等彗星,我们认为数值模拟、局地观测、地基及空基的遥感观测等多种手段的结合能够更有效率、更加全面地了解彗星与太阳风相互作用过程.我们认为通过相互作用的机理和效应的研究,将有助于诊断日冕及日球层太阳风的状态,认识彗星等太阳系小天体的演化历史和将来命运.