雷竞技rebat天文学与空间科学前沿|最新文章

磁层质量密度和平均离子质量模型，包括径向相关性

理查德·e·丹顿 — 2022 - 12 - 16 - t00:00:00z

磁层质量密度<斜体>ρ_m，平均离子质量<斜体>m，从<斜体>ρ_m和电子密度<斜体>n_e的数据库中，使用Eureqa非线性遗传回归算法建立了分析模型。所有<斜体>ρ_m的值都是从Alfvén频率中确定的，<斜体>n_e的值都是从等离子体波或航天器电位数据中确定的。列出了不同复杂性的模型。本文中出现的最复杂的模型能够在1.81因子内建模<斜体>ρ_m，如果<斜体>n_e则<斜体>m作为输入参数，或者如果不使用<斜体>n_e则在1.45因子内建模。对<斜体>ρ_m建模的最重要参数是<斜体>L、太阳EUV指数F10.7、磁局地时间MLT、地磁活动指数Kp和太阳风动压Pdyn。<斜体>M的最简单模型取决于Kp。在更复杂的<斜体>M模型中，包括<斜体>n_e，最重要的参数是<斜体>n_e与<斜体>L，F10.7，以及Pdyn或Kp。在更复杂的<斜体>M(不包括<斜体>n_e)模型中，最重要的参数是Kp、MLT、F10.7、<斜体>L和极光电射流指数AE。给出了大部分依赖关系的解释。我们还证明了计算空间相关性而不考虑不同区域采样的不同条件的危险。 Here we avoid that problem by using multivariant models.

用Python分析太阳能量粒子时间序列

基督教Palmroos — 2022 - 12 - 15 - t00:00:00z

太阳高能粒子(SEPs)是由太阳耀斑或日冕物质抛射(CMEs)等爆炸现象在太阳大气层或行星际空间内加速的带电粒子。一旦注入到星际空间，它们就会向地球传播，造成与空间天气相关的现象。对于他们的分析，星际<斜体>原位带电粒子的测量是关键。最近在日球层中扩大的航天器舰队不仅提供了急需的额外有利位置，而且还增加了需要数据加载和处理工具的任务和仪器的种类。本文介绍了一系列Python函数，这些函数将使科学界能够下载、加载和可视化当前空间任务的带电粒子测量，特别是与粒子研究相关的时间序列或动态光谱。此外，还提供了进一步的分析功能，允许确定SEP开始时间以及推断的注射时间。完整的工作流程，旨在在Jupyter笔记本中运行，也可以为Python外行提供方便，将以科学示例呈现。所有函数都是用Python编写的，源代码在GitHub上公开，并有许可许可。在适当的情况下，使用可用的Python库，并描述其应用程序。

在100 Mpc距离内的局部宇宙星系群和星系团中弥漫的群内和群内光的运动学

玛格达Arnaboldi — 2022 - 12 - 15 - t00:00:00z

几乎所有的群内光(IGL)和团内光(ICL)都来自于不与任何单个星系绑定的恒星，它们是在星系中形成的，后来又从星系中脱离出来。在这篇综述中，我们重点讨论了局部宇宙中100 Mpc距离内的群和星团的ICL和IGL组分的物理性质——相空间性质、金属丰度和年龄分布。这些非常低的表面亮度结构的运动学信息主要来自于离散的示踪物，如行星状星云和球状星团，显示出高度不放松的速度分布。宇宙学流体动力学模拟为IGL和ICL的动力学状态提供了关键的预测，并发现大多数IC恒星是从随后与中心星系合并的星系中溶解出来的。在明亮星系的外层光晕中，测量到的速度色散随半径的增加是一个物理特征，它使得识别IGL和ICL成分成为可能。在局部群和簇中，IGL和ICL位于这些结构的密集区域。在给定的星团或星团中，相对于卫星星系的总光度，它们的光分数在百分之几到百分之十之间，明显低于更进化、更遥远的星团的平均值。狮子座I和M49星团中的IGL和ICL，以及室女座星团M87周围的核心，已被发现大多来自低质量祖先星系的老(≥10 Gyr)贫金属([Fe/H] <-1.0)恒星。新的成像设备，如LSST，欧几里得，以及天空中的“大眼睛”elt和JWST，以及它们先进的仪器，承诺通过增加我们对这个谜般的组成部分的理解，大大增加我们对IGL和ICL恒星的祖先，它们的年龄，金属含量，质量和演化的了解

极光e区等离子体湍流研究的未来

Devin Huyghebaert — 2022 - 12 - 15 - t00:00:00z

电离层e区等离子体湍流引起的加热已经记录了从太空到地球大气的能量转移的全球影响。移动大气扰动、中性风运动、能量沉积速率和电离层电导都被证明可能受到湍流等离子体加热的影响。因此，建议加强和扩展现有的电离层雷达能力，并资助对e区等离子体湍流的研究，以便更准确地量化日地能量收支，并研究与e区等离子体湍流有关的现象。拟议的研究经费包括开发模型，使用细胞内粒子分析、基于流体的分析和两者的混合组合来准确预测和模拟e区等离子体湍流。与提交给美国国家科学院太阳与空间物理(太阳物理学)2024-2033年十年调查(Huyghebaert et al.， 2022a)的总结报告相比，这篇综述提供了对极光e区等离子体湍流研究的过去、现在和未来的扩展和更详细的描述

1996-2022年太阳表面剪切层内差动旋转和子午流的变化

大卫·海瑟薇 — 2022 - 12 - 15 - t00:00:00z

我们通过跟踪SOHO/MDI和SDO/HMI在太阳周期23、24和25年开始(1996-2022)的磁图中看到的磁网络的运动来测量太阳表面剪切层中的差动旋转和子午流。我们检查了轴对称流从15到24日测量平均超过个人27天卡灵顿旋转。差动旋转的变化包括以活动纬度为中心的赤道扭转振荡气旋流，活动纬度向极地一侧的较慢流和向赤道方向的较快流。在上一个周期的下降阶段，快速流带开始于∼45°纬度，并向赤道漂移，在周期最小值左右在赤道处终止。差动旋转的变化还包括45°以上的极振荡，在周期最大值处旋转较快，在周期最小值处旋转较慢。第24周期的赤道变化较23周期强，而极地变化较弱。经向流的变化包括活动纬度向极流在周期上升和最大值时的减缓，而在周期下降和最小值时的加速。活动纬度的减缓在周期24中比在周期23中更为明显。极地逆细胞(赤道流)从两极向下延伸到<内联公式id="inf2">∼60°纬度(南方为1996-2000年和2016-2022年，北方为2001-2011年和2017-2022年)。两种轴对称流的强度随深度而变化。 The rotation rate increases inward while the meridional flow weakens inward.

ETNA任务概念:评估活跃海洋世界的宜居性

艾瑞尔·n·多伊奇 — 2022 - 12 - 14 - t00:00:00z

土卫二是一个冰冷的世界，具有潜在的宜居条件，这表明它同时存在地下海洋，由于水-岩石相互作用而产生的活跃能源，以及陆地生命所必需的基本化学成分。在我们太阳系的所有海洋世界中，土卫二是唯一一个通过不断喷发的羽流排出地下物质而直接进入海洋的活跃天体。在这里，我们介绍了土卫二着陆分析天体生物学(ETNA)任务，这是2019年加州理工学院太空挑战赛期间设计的一个概念。ETNA的目标是确定土卫二是否提供适宜居住的条件，以及土卫二(前)的生物特征是什么。ETNA将在南极地形(SPT)羽流飞越和着陆过程中对羽流物质进行取样和分析。轨道飞行器包括一台紫外线成像光谱仪、一台光学相机和无线电科学设备，着陆实验室包括一台离子显微镜和质谱仪套件、温度传感器和一台光学相机，以及在着陆时部署的三个地震检波器。名义上的任务时间是在土星系统运行2年，在土卫二轨道运行1年。对土卫二的羽流和SPT的详细探索将实现与宜居世界的建设和其他地方生命存在相关的广泛和变革的太阳系科学。考虑到最近发布的《起源、世界和生命:行星科学和天体生物学2023-2032年十年战略》，这一任务的性质是特别及时和相关的，其中包括对恩克拉多斯及其宜居潜力的专门探索的优先建议

Lompe代码:用于电离层数据分析的Python工具箱

答:Ø。Hovland — 2022 - 12 - 14 - t00:00:00z

Laundal等人最近的一篇论文(2022c)提出了一种新技术，可以结合所有可用的极地电离层电动力学测量;地面和空间的磁场测量、雷达和卫星的电离层对流数据以及电导测量;到在任意分辨率和范围的分析区域内的完整2D地图。这项技术被称为极地电离层电动力学的局部映射(Lompe)，是在Python中实现的(Laundal等人，2022a)。Lompe技术结合了球面基本电流系统分析、立方球投影的有限元分析、经验模型(如国际地磁参考场)的使用和可视化工具。在本文中，我们将介绍Lompe代码的这些不同组成部分，并展示它们如何单独使用，例如在分析地面磁强计数据或即将到来的Electrojet Zeeman Imaging Explorer任务的数据时。我们还演示了如何使用Lompe代码来产生电离层电动力学的相干图像

日食条件下的电离层响应建模:2020年12月14日南美地区日全食预测的评估

M. A. Bravo — 2022 - 12 - 14 - t00:00:00z

在这项工作中，我们评估了SUPIM-INPE模型对2020年12月14日南美大陆日全食的预测。我们将预测结果与监测电离层的多种仪器和不同遮蔽百分比(即Jicamarca, 12.0°S, 76.8°W, 17%;Tucumán 26.9°S, 65.4°W, 49%;Chillán 36.6°S, 72.0°W;和Bahía布兰卡，38.7°S, 62.3°W，达到95%的遮蔽)。分析在日全食条件和非日全食条件下进行。结果表明，该模型能够较准确地再现所评价的大部分站点(除Jicamarca站外)E层和F1层的日变化和日食影响。F2层的比较表明，在日食期间，所有台站的预测和观测之间的差异很小(<7.8%)。此外，统计指标加强了模型良好性能的结论。预测和校准的总电子含量(TEC，使用3种不同的技术)也进行了比较。 Results show that, although none of the selected TEC calibration methods have a good agreement with the SUPIM-INPE prediction, they exhibit similar trends in most of the cases. We also analyze data from the Jicamarca Incoherent Scatter Radar (ISR), and Swarm-A and GOLD missions. The electron temperature changes observed in ISR and Swarm-A are underestimated by the prediction. Also, important changes in the O/N2 ratio due to the eclipse, have been observed with GOLD mission data. Thus, future versions of the SUPIM-INPE model for eclipse conditions should consider effects on thermospheric winds and changes in composition, specifically in the O/N2 ratio.

编者按:太空任务时代星震学的挑战

哈维尔Pascual-Granado — 2022 - 12 - 13 - t00:00:00z

磁重联的窗口:太阳耀斑期间磁重联后果的IRIS观测

凯瑟琳·k·里维斯 — 2022 - 12 - 09 - t00:00:00z

磁重联是一个动态过程，发生在太阳耀斑在一个脆弱和炎热的环境。使用界面区域成像光谱仪(IRIS)进行的高节奏、高空间分辨率的光谱观测为太阳耀斑期间发生的重连接过程提供了一个独特的窗口。IRIS观测到了重连接过程的许多后果，包括被认为是重连接的指示物的喷流的详细观测，可能观测到的重连接的副产物的终止激波，以及在色球层中作为重连接过程印记的耀斑带的观测。本文将回顾这些观察结果，并将它们放在预测重连特征的耀斑模型的背景下

极光千米辐射-电子回旋脉泽模式

沃尔夫冈Baumjohann — 2022 - 12 - 08 - t00:00:00z

极光千米辐射(AKR)是来自行星磁层的强烈射电辐射的范例。由于接近电子陀螺频率和/或其低次谐波，其观测结果表明源等离子体处于非热态。当等离子体进入能量激发状态时，会产生发射，从而导致电子分布函数的变形。在一定条件下，这会导致“准相干”发射。人们认为弱相对论性电子-回旋加速器-脉泽不稳定性是造成这种辐射的原因。由于能量射电辐射在大尺度磁层现象中通常不是最重要的，因此，为了大尺度磁层物理学的目的，AKR被认为是一个边缘问题。在这里，这个概念受到了质疑。AKR虽然主要应用于磁球扰动时期的极光区，但只携带总亚暴能量的一小部分。然而，它在极光上层电离层的物理学和空间天气研究中具有诊断能力。它是非热等离子体辐射产生的一个基本物理问题，至今仍未得到解决。 Many questions have been left open even when dealing only with the electron-cyclotron-maser. These can advantageously be studied in the magnetosphere proper both by observation and theory, the only continuously accessible place in space. The most important are listet here with hint on how they should be attacked. Its value is to be sought in the role it should play in application to the other magnetized planets, extra-solar planets, and to strongly magnetized astronomical objects as an important tool to diagnose the matter state responsible for radiation in the radio frequency range beyond thermal, shock or synchrotron radiation.

非绝热条件下慢波的日冕地震学

德米特里·y·科洛特科夫 — 2022 - 12 - 08 - t00:00:00z

慢磁声波是探测太阳日冕等离子体的重要工具。大多数慢波地震学方法都是基于弱非绝热方法，这种方法假定日冕能量输运对地震波动力学只有微弱的影响。尽管这一假设极大地简化了慢波对日冕地震学的应用，但它忽略了许多重要的、确切观测到的效应，从而极大地限制了地震学估计的可靠性。我们用慢波定量地评价了弱热传导理论在日冕地震学中的适用性。我们以场向热传导<斜体>κ_‖为自由参数，并对其效率无限制，对一维冠状环中的线性驻波进行了数值模拟。用全电导率数值计算得到的摄动等离子体参数的时间变化，作为潜在的观测值，用标准的数据处理技术进行分析。慢波振荡周期随<斜体>κ_‖增加约30%，表明有效波速的相应修正，这在弱传导理论中是缺失的。等离子体温度和密度扰动之间的相移被发现与所有考虑值<斜体>κ_‖的近似弱导电溶液很好地一致。相比之下，数值计算得到的温度和密度扰动振幅之比与弱理论的相对误差高达30-40%。我们使用这些参数直接测量了冠状等离子体的有效绝热指数，即有效慢波速度与标准声速的比值，并在多向假设下，发现仅在弱导电状态下是合理的，否则相对误差高达14%。 The damping of the initial perturbation is found to be of a non-exponential form during the first cycle of oscillation, which could be considered as an indirect signature of entropy waves in the corona, also not described by weak conduction theory. The performed analysis and obtained results offer a more robust scheme of coronal seismology by slow waves, with reasonable simplifications and without the loss of accuracy.

亚风暴活动是高能脉动极光的驱动因素

莱利·n·特罗耶 — 2022 - 12 - 08 - t00:00:00z

脉动极光是常见的弥散状极光。研究表明，它们含有比其他类型更高的能量粒子，可能与亚风暴活动有关。目前还没有关于与亚暴有关的脉动极光能量含量变化的定量统计研究。我们使用扑克平面非相干散射雷达分析了53个事件的反向能量含量。为了降低不确定性，我们使用30 keV的极限将差分能量通量分为低能和高能。我们还分析了电子密度谱的低高度边界，用<内联公式id="inf1">>1010 m⁻³的数字密度来表征，并以此作为高能量的代表。我们将这两者与磁局部时间(MLT)、声发射指数和亚风暴爆发的时间接近性进行了比较。MLT与亚暴发生和声发射指数的相关性均较弱，但与亚暴发生和声发射指数的相关性均较强。声发射越高，离起始时间越近，总能量通量和大于30 keV的能量通量越大。此外，在亚风暴开始后的一小时内，这种更高的能量仍在增强。 Our results confirm the high energy nature of pulsating aurora, demonstrate the connection to substorms, and imply their importance to coupling between the magnetosphere and atmosphere.

星际碳质尘埃的结构与演化。来自实验室的见解

Víctor J.埃雷罗 — 2022 - 12 - 08 - t00:00:00z

星际碳的很大一部分被锁在固体颗粒中。几十年来，人们一直在研究这些颗粒的性质、起源和演化。观测、模型和实验的结合表明，碳质尘埃主要是由几乎完全由碳和氢组成的颗粒混合物组成的。它们具有不同比例的脂肪族和芳香族结构，以及可变的H/C比。它们的尺寸通常在纳米到数百纳米之间变化。碳质颗粒主要形成于富碳渐近巨支(AGB)恒星的包裹层中，并在星际介质中演化，在那里它们可以被氢原子、紫外线辐射、宇宙射线或超新星冲击波的作用转化或破坏。幸存的颗粒最终进入稠密的云团，参与云塌缩导致恒星的形成，从而结束它们的生命周期。在这一总体图景中，有些疑问和问题不能仅靠观察和建模来解决，而需要实验室工作。在这篇文章中，我们提供了该领域的发展和现状的概述，指出了开放的问题和争论的问题。我们强调了最近在理解尘埃形成方面的实验进展，包括在恒星周围包层和冷星际介质中，以及在尘埃类似物的能量处理中，这表明在弥漫介质中，特别是在光子辐照区域，可能存在自上而下的化学反应

勘误:Pajala火球的多仪器观测:起源、特征和大气影响

Juha Vierinen — 2022 - 12 - 07 - t00:00:00z

在太阳物理学中支持负责任的机器学习

Ayris Narock — 2022 - 12 - 07 - t00:00:00z

在过去的十年中，太阳物理学研究人员越来越多地采用各种机器学习方法，如人工神经网络、决策树和聚类算法到他们的工作流程中。采用这些先进的数据科学方法的速度很快就超过了机构的反应速度，但许多专业组织，如欧盟委员会、美国国家航空航天局(NASA)和美国地球物理联合会现在已经发布(或即将发布)人工智能和机器学习标准，这将影响科学研究。这些标准进一步增加了(必要的)个人研究人员的负担，现在除了传统的论文写作外，他们还必须准备公开发布数据和代码。对这些的支持并没有反映在机构支持、社区实践或治理系统的当前状态中。我们在这里研究这些原则中的一些，以及我们的机构和社区如何在太阳物理学学科中促进它们的成功采用

GeospaceLAB:用于管理和可视化空间物理数据的Python包

Lei蔡 — 2022 - 12 - 07 - t00:00:00z

在空间物理界，处理和组合来自不同来源的观测和建模数据是一项艰巨的任务，因为它们通常有不同的格式，使用不同的坐标系。Python包GeospaceLAB的开发是为了提供一个统一的、标准化的框架来处理数据。该软件包由六个核心模块组成，包括<斜体>DataHub作为数据管理器，<斜体>可视化用于生成发布质量图，<斜体>Express用于<斜体>DataHub和<斜体>可视化，<斜体>SpaceCoordinateSystem用于坐标系统转换，<斜体>Toolbox用于各种实用程序，<斜体>Configuration用于preferences。核心模块形成了一个标准化的框架，用于下载、存储、后处理和可视化空间物理数据。面向对象的设计使GeospaceLAB的核心模块易于修改和扩展。到目前为止，GeospaceLAB可以处理来自9个数据库的20多种数据产品，未来这个数字还会增加。数据来源包括EISCAT非相干散射雷达、DMSP、SWARM和Grace卫星、OMNI太阳风数据和GITM模拟。此外，该包还提供了一个接口，供用户添加自己的数据产品。因此，研究人员可以使用GeospaceLAB轻松地收集、组合和查看多种数据。结合来自不同来源的数据将有助于更好地理解所研究现象的物理学，并可能导致新的发现。 GeospaceLAB is an open source software, which is hosted on GitHub. We welcome everyone in the community to contribute to its future development.

通过使用空间傅里叶变换，在SDO/AIA图像中有效识别耀斑前特征

保罗·马萨 — 2022 - 12 - 07 - t00:00:00z

在这篇“方法”论文中，我们研究了如何通过在有限的空间频率点集上将AIA源映射转换到傅里叶域来压缩SDO/AIA数据。具体地说，我们展示了可以在不显着损失信息的情况下实现一个数量级或更多的压缩因子。我们计划在AIA数据上训练神经网络，以识别导致太阳耀斑的特征，从而激发了对数据压缩技术的探索。由于数据是空间分辨率和多色的(与空间集成的，如GOES，或单色的，如磁图相反)，除了太阳集成数据显示的时间变化或单色空间分辨率数据显示的物理重构外，网络还可以被训练来识别代表等离子体性质变化的特征(如温度、密度)。然而，考虑到SDO/AIA数据的合适训练集的巨大大小(超过10¹¹像素，需要超过1tb的内存)，某种形式的数据压缩方案是非常可取的，在本文中，我们提出了一种基于傅里叶的方案。数值实验表明，与空间像素的直接分组相比，傅里叶映射不仅保留了原始AIA图像上的更多信息，而且源结构中的某些类型的变化(例如，细长丝状结构的变薄或增厚)可能在空间频域中同样，如果不是更多的话，可以识别。最后，我们描述了一个工作计划，该计划旨在利用空间傅里叶变换地图来识别包含可能耀斑活动之前太阳等离子体状态的空间、光谱和时间信息的四维数据超立方体中的特征

pyGPI5: python D区和e区化学和电离模型

Stephen R. Kaeppler — 2022 - 12 - 06 - t00:00:00z

我们给出了一个名为pyGPI5的D区和e区化学和电离代码的Python实现。粒子沉淀渗透到电离层-热层的E区和d区，导致电子密度显著增强。分子离子与电子的解离重组是电子在e区域的主要损失机制，大约85公里。然而，在85千米以下，化学过程变得更加复杂，除了电子之外，还会产生正离子和负离子。复杂的d区离子化学已经为人所知几十年了。我们提出了一个公式来量化由正离子和负离子、轻离子和重离子以及电子组成的四种离子的浓度。我们在本研究中描述的实现同时求解五个普通刚性微分方程。我们介绍了代码的概述，以及反应速率的讨论，以及模型中使用的假设。我们描述了一个电子传输模型的实现，以量化高能粒子降水引起的高度电离剖面。我们展示了如何实例化模型，生成离子和电子剖面作为背景条件海拔的函数，如何生成海拔电离剖面，以及运行代码来生成由高能粒子沉淀引起的离子和电子剖面。 Recent investigations that have used a D-region chemistry model are discussed, along with some applications.

来自过去AGU SPA成员委员会的想法

Alexa J. Halford — 2022 - 12 - 06 - t00:00:00z

社区荣誉，如美国地球物理联合会(AGU)等专业科学学会授予的荣誉，既是个人职业发展的重要因素，也是科学进步历史记录的重要组成部分。授予荣誉的过程在社区中并不普遍。这篇文章的目的是分享AGU空间物理和航空学(SPA)研究员委员会的几个成员最近的经验。我们概述了选择标准、评估过程、委员会遇到的困难，以及为缓解这些困难而采取的步骤。特别值得注意的是奖励制度中隐性偏见的影响。颁发奖项的科学学会可以采取措施减少这些偏见的影响，但与此同时，各个奖项委员会可以采用我们在本文中概述的一些策略。通过分享我们的经验，我们希望改善授予奖项和荣誉的过程，包括提名奖项的科学家、未来的委员会成员以及授予这些奖项的科学学会