多方物态太阳能风的加速：Parker Solar Probe 观测与一维模型

太阳日冕等离子体加速至超声速是日球物理中最基本却尚未解决的问题之一。尽管 Parker 关于等温太阳日冕的开创性理论取得了成功，但实际观测到的太阳风并非等温，其温度随径向距离的衰减通常可拟合为多方物态模型。本文利用 Parker Solar Probe 前九次飞掠的数据估算太阳风质子的多方物态指数。估算的多方物态指数大致在 1.25 至 1.5 之间变化，并强烈依赖于太阳风速度，平均而言更快的太阳风呈现更小的多方物态指数。我们全面分析了具有多方物态指数 $\gamma \in [1,5/3]$ 的一维球对称太阳风模型。我们推导了跨声速恒星流的封闭代数方程组，即平滑通过声点的流动。我们表明加速风解仅存在于由 $C_0/C_g < 1$ 和 $(C_0/C_g)^2 > 2(\gamma-1)$ 界定的参数空间中，其中 $C_0$ 和 $C_g$ 分别为表面声速和恒星逃逸速度的一半，且当 $\gamma > 3/2$ 时不存在恒星风。在真实的太阳日冕温度下，观测到的 $\gamma \gtrsim 1.25$ 的太阳风无法用简单的多方物态模型解释。我们表明，诸如低日冕中的强加热导致太阳周围形成厚等温层，以及大振幅 Alfvén 波压强等机制，是解除 $\gamma$ 约束并将太阳风加速至高速所必需的。