“悟空”号八年观测捕捉8次福布斯下降 首揭正负电子变化规律与太阳喷发关联

问题——太阳爆发活动引发的行星际环境扰动,如何改变宇宙线在太阳系中的传播,是日地空间科学长期关注的核心议题之一。当地球附近出现宇宙线强度在数天至数周内显著降低、随后逐步回升的现象时,通常被称为“福布斯下降”。该效应既是观测空间环境扰动的重要“指示器”,也是检验宇宙线传播模型的关键样本。然而,相较于传统以中子监测为主的观测手段,高能正负电子在福布斯下降过程中的细致行为长期缺乏高精度、长时间序列的直接测量,制约了对其物理机制的更辨析。 原因——研究表明,福布斯下降往往与日冕物质抛射对应的。日冕物质抛射会向行星际空间释放高速等离子体云,并携带结构复杂的磁场,形成对宇宙线传播不利的“磁屏障”与湍动区,使粒子在传播过程中发生更强散射与调制,从而导致地球附近观测到的宇宙线通量短期下跌。此次研究依托我国首颗空间暗物质粒子探测卫星“悟空”号的长期在轨数据优势——较高能量分辨率与较强粒子鉴别能力——对此过程进行更精细的粒子层面刻画。合作组从2016年至2024年的观测中,筛选并证认出8次正负电子福布斯下降事件,获得正负电子流量随时间变化的精确曲线,首次系统呈现其在“下降期—恢复期”两个阶段的响应特征,并进一步分析其与日冕物质抛射相关物理参数之间的对应关系。 影响——一是为宇宙线调制理论提供新的观测约束。正负电子作为轻粒子,其在行星际磁场中的传播特性与质子、重核等成分存在差异。对正负电子福布斯下降的精确测量,有助于区分不同传播机制在下降与恢复阶段的相对作用,提升模型对多成分宇宙线的统一解释能力。二是为认识日地空间环境演化提供更敏感的探针。福布斯下降的发生、幅度与恢复节奏,反映了等离子体云的结构、磁场强度与湍动水平等信息。此次研究揭示的关联关系,有望推动从“现象描述”走向“参数反演”,为理解行星际扰动的传播与演变提供新的切入点。三是对空间天气风险评估具有现实意义。宇宙线强度变化会影响航天器辐射环境、载人航天健康防护以及高空飞行的辐射暴露评估。随着深空探测与长期在轨任务增多,建立更可靠的空间环境监测与预警体系需求日益迫切。 对策——业内人士认为,应在现有成果基础上持续完善“观测—建模—验证”闭环:其一,强化多源协同观测,推动卫星粒子探测、太阳观测与行星际磁场观测数据的综合分析,提升对日冕物质抛射传播过程的刻画能力;其二,加快宇宙线传播与调制模型迭代,将正负电子等多粒子成分纳入统一框架,提高对下降幅度与恢复时间尺度的可预报性;其三,推进数据共享与国际合作,在更大样本范围内检验结论的普适性,增强空间天气研究的系统性与可比性。 前景——当前太阳活动处于相对活跃阶段,爆发事件频度与强度的阶段性变化为研究福布斯下降提供了更多观测机会。未来,随着我国空间科学任务体系改进,“悟空”号等长期稳定运行的科学卫星与后续任务有望形成互补观测,在更宽能段、更长时间尺度上获取高质量数据。业内预计,围绕福布斯下降的统计研究将从“个例精测”迈向“机制归因与参数化表达”,并进一步服务于深空探测任务的辐射环境评估与空间天气保障能力建设。

从地球到深空,人类对宇宙的探索永无止境。"悟空"号的新发现不仅体现了我国在空间科学领域的创新能力,更表明了中国科学家对基础科学研究的执着追求。这项研究成果犹如一把钥匙,为解开宇宙线传播之谜打开了新的大门,也预示着我国空间科学研究正在迈向更高水平。