地面太阳宇宙线事件是怎么回事？

    从

    太阳发出注入到地球大气中的带电粒子流中，有一部分粒子的能量非常高，其中电子的能量在1MeV以上，质子的能量在500Mev以上，运动速度非常接近光速，它们穿越地磁层，能够直接打到地面，这样特别高能的相对性粒子，称为地面太阳宇宙线事件（Ground Level Event，GLE）。观测表明，最强的GLE事件中，高能粒子的能量甚至可高达20GeV以上。

    GLE是一些来自太阳的相对论性的高能粒子，它们能穿透地球磁层，被地面的中子监测器（Neutron Monitor，也称中子堆）记录到。其探测的一般原理是：中子堆一般用金属铅制成，来自太阳GLE中

    的高能质子与铅原子发生相互作用产生中子，这些中子通过与石蜡的非弹性碰撞而减速，然后被三氟化硼计数器记录。根据记录的中子数量可以推测出入射的太阳高能宇宙线的强度。由于90%的GLE均为高能质子，9%为高能电子，还有少量重离子，均为带电粒子，必然会受到地球磁场的偏转而倾向于到达地球的两极地区。在靠近两极地区，地球磁力线近似于垂直于地面。因此，布置在高纬度地区的中子堆对GLE最敏感。

    在太阳电子-质子事件中，非相对论性电子常常比相对论性的高能电子（＞300KeV）和质子先到达地球，这表明低能电子首先被加速。一般认为，太阳粒子加速包括两个阶段，首先是对

    电子预加速到非相对论能量，并激发出各种类型的脉冲爆发，形成耀斑。由于电场和波的作用，使电子进一步加速并汇聚成日冕电子流，产生Ⅲ型射电爆发，电子流离开太阳进入行星际空间；第二阶段是耀斑爆发达到极大时，形成日冕激波，产生Ⅱ型射电爆发。激波或其他湍流加速过程将电子加速到相对论能量，同时也对质子进行加速，使高能电子和质子进入行星际空间。高能电子在磁场中激发同步加速辐射，形成Ⅳ型射电爆发。高能质子则穿透地球大气层从而形成GLE。

    太阳高能粒子的加速与传输是空间天气研究领域最重要的研究课题之一。不同种类的高能粒子的加速和传输机制不同，对同一种高能粒子不同能

    量范围的粒子加速和传输机制也不相同。一般，能量越高的粒子散射效应的影响越小，越容易直接反映加速的原初过程。所以GLE事件是研究太阳高能粒子事件加速机制的最有利的事件。GLE事件一般发生在太阳耀斑爆发之后10～30分钟，而且一般主要与一些大的耀斑关系密切。GLE事件发生的频率并不高，从1942年到2009年的67年间，全世界一共只记录到70次GLE事件，平均每年大约1次。不过，GLE的强度一般都比银河系宇宙线高数十倍。由于其能量高，对近地空间和航天员的活动伤害大，所以受到国际航空与航天领域的高度重视。

    美国航空航天局（NASA）2012年发射了太

    阳哨兵卫星（Solar Sentinels），这是由六颗卫星组成的多卫星系统。其中，四颗卫星在距太阳0.25AU的绕日轨道上，另外两颗分别为近地点的太阳同步卫星和远地点的深空绕日卫星。通过近日的四颗卫星，可以近距离地探测高能粒子的源区和释放过程，精确测定粒子在太阳上的释放时间，而无须考虑传输效应中的行星际散射效应，而且通过四颗卫星多角度的观测，可以了解高能粒子释放时的各向异性，并可得到粒子能谱，从而了解粒子的加速机制。两颗远日的卫星可以对CME和行星际激波进行观测。再配合行星际空间卫星和地面观测，太阳高能粒子的研究将迎来光明的未来。

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