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Four Distinct Pathways to the Element Abundances in Solar Energetic Particles
Space Science Reviews ( IF 10.3 ) Pub Date : 2020-02-19 , DOI: 10.1007/s11214-020-0643-5
Donald V. Reames

Based upon recent evidence from abundance patterns of chemical elements in solar energetic particles (SEPs), and, ironically, the belated inclusion of H and He, we can distinguish four basic SEP populations: (1) SEP1—pure “impulsive” SEPs are produced by magnetic reconnection in solar jets showing steep power-law enhancements of $1\leq Z \leq 56$ ions versus charge-to-mass ratio $A/Q$ from a $\approx 3$ MK plasma. (2) SEP2—ambient ions, mostly protons, plus SEP1 ions reaccelerated by the shock wave driven by the narrow coronal mass ejection (CME) from the same jet. (3) SEP3—a “gradual” SEP event is produced when a moderately fast, wide CME-driven shock wave barely accelerates ambient protons while preferentially accelerating accumulated remnant SEP1 ions from an active region fed by multiple jets. (4) SEP4—a gradual SEP event is produced when a very fast, wide CME-driven shock wave is completely dominated by ambient coronal seed population of 0.8–1.8 MK plasma usually producing a full power law vs. $A/Q$ for $1\leq Z \leq 56$ ions. We begin with element abundances in the photosphere that are fractionated during transport up to the corona based upon their first ionization potential (FIP); this important “FIP effect” for SEPs provides our reference abundances and is different for SEPs from that for the solar wind. We then show evidence for each of the processes of acceleration, reacceleration, and transport that conspire to produce the four abundances patterns we distinguish.

中文翻译:

太阳能粒子中元素丰度的四种不同途径

根据太阳高能粒子 (SEP) 中化学元素丰度模式的最新证据,以及具有讽刺意味的是,迟来的 H 和 He 包含,我们可以区分四个基本 SEP 群体:(1) SEP1——产生纯“冲动”SEP通过太阳射流中的磁重联,显示 $1\leq Z\leq 56$ 离子与来自 $\约 3$ MK 等离子体的荷质比 $A/Q$ 的急剧幂律增强。(2) SEP2——环境离子,主要是质子,加上 SEP1 离子,由来自同一喷流的窄日冕物质抛射 (CME) 驱动的冲击波重新加速。(3) SEP3——当一个中等速度的、宽的 CME 驱动的冲击波几乎不加速环境质子,同时优先加速来自多个射流馈送的活性区域的累积残余 SEP1 离子时,就会产生“渐进”SEP 事件。(4) SEP4——当一个非常快的、宽的 CME 驱动的冲击波完全由 0.8-1.8 MK 等离子体的环境日冕种子群主导时,就会产生一个渐进的 SEP 事件,通常产生一个完整的幂律 vs. $A/Q$ $1\leq Z \leq 56$ 离子。我们从光球中的元素丰度开始,这些元素在传输到日冕期间根据它们的第一电离势 (FIP) 进行分馏;SEP 的这一重要“FIP 效应”提供了我们的参考丰度,并且 SEP 与太阳风的 SEP 不同。然后,我们展示了加速、再加速和运输的每个过程的证据,这些过程共同产生了我们区分的四种丰度模式。$A/Q$ 为 $1\leq Z\leq 56$ 离子。我们从光球中的元素丰度开始,这些元素在传输到日冕期间根据它们的第一电离势 (FIP) 进行分馏;SEP 的这一重要“FIP 效应”提供了我们的参考丰度,并且 SEP 与太阳风的 SEP 不同。然后,我们展示了加速、再加速和运输过程中的每一个过程的证据,这些过程共同产生了我们区分的四种丰度模式。$A/Q$ 为 $1\leq Z\leq 56$ 离子。我们从光球中的元素丰度开始,这些元素在传输到日冕期间根据它们的第一电离势 (FIP) 进行分馏;SEP 的这一重要“FIP 效应”提供了我们的参考丰度,并且 SEP 与太阳风的 SEP 不同。然后,我们展示了加速、再加速和运输过程中的每一个过程的证据,这些过程共同产生了我们区分的四种丰度模式。
更新日期:2020-02-19
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