太阳高能粒子（SEP）事件是危害空间天气安全的重要因素，高通量的带电粒子会损害航天器上电子设备的性能并危及宇航员生命健康和安全。研究表明，SEP事件通常与太阳耀斑和日冕物质抛射（CME）驱动的激波有关。在CME相关事件中，粒子被激波在大范围加速后逃逸，并在太阳风中沿行星际磁场传播，形成十分广泛的粒子分布。因此，考虑粒子在激波处的加速机制与在行星际中的传播过程，是全面理解SEP现象中关键的一步。
太阳活动与空间天气全国重点实验室（以下简称天气室）日冕与行星际研究团队对2010年9月9日由SOHO航天器以及与其经度相差约80°的STEREO-A和STEREO-B联合观测到的一个缓变型SEP事件进行了分析与讨论。尽管与该SEP事件相关的CME向着STEREO-A所在方向进行传播，并与SOHO和STEREO-B的位置存在较大经度差（图1），但三个航天器均观测到了明显的SEP强度增大的现象，且处于不同位置的航天器所探测到的粒子强度演化趋势有所不同。为探究该事件中SEP的广泛分布以及不同位置对粒子强度观测的差异，研究团队将WIND的原位观测数据和SOHO的遥感观测结果作为约束，构建了包含描述CME-驱动激波形态与演化过程的背景场结构，并采用基于扩散激波加速理论所得到的粒子分布函数定义该SEP事件中源粒子的分布形式，进一步结合SEP传播模型对事件进行了模拟验证。
图1 不同时刻航天器与激波前沿磁场连接情况
图2 STEREO-A处观测结果与模拟结果对比
模拟结果重现了观测数据中SEP事件演化的关键特征，并表明：由于不同位置的观测者与激波前沿具有不同的磁场连接状态，同一SEP事件在不同位置会有不同的表现形态。STEREO-A始终与激波前沿保持直接的磁场连接，因而能够持续观测到被激波加速的大量粒子，其观测到的SEP强度呈现出较为缓慢的衰减趋势（如图2所示）；而STEREO-B和SOHO虽未能与激波前沿持续保持磁连接，但先前被激波加速的并在激波经过区域残留的能量粒子，仍成为这两个航天器在SEP事件衰减阶段观测到的SEP的重要来源之一。本研究不仅深化了对缓变型SEP事件中粒子加速与传播机制的理解，也为未来建立SEP事件的预报模型提供了参考。
相关研究成果以“Simulation of the 2010 September 9 Solar Energetic Particle Event by Using a Data-constrained Transport Model”为题发表在了国际学术期刊The Astrophysical Journal上。论文第一作者为天气室的特别研究助理陶新祎，通讯作者为沈芳研究员。研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、太阳活动与空间天气全国重点实验室等相关项目的资助。
论文信息：Tao, X., Shen, F., Feng, X., Lian, W., Tang, B., & Yang, Y. (2025). Simulation of the 2010 September 9 Solar Energetic Particle Event by Using a Data-constrained Transport Model. The Astrophysical Journal, 995:77. https://doi.org/10.3847/1538-4357/ae17bd