Parker 太阳探针的情境预测 I：临界曲面与区域

日冕与年轻的太阳风可由临界曲面——声速面、阿尔文面和首个等离子体 $\beta$ 等于 1 的面——来刻画，这些曲面划定了太阳风流动经历某些关键转变的区域。全局数值模拟与遥感观测为大规模研究这些曲面提供了天然途径，从而即将发射的 Parker 太阳探针（PSP）的高分辨率原位测量提供了宝贵背景。本研究利用太阳风的全局三维磁流体力学模拟来刻画临界曲面并探究邻近区域的流动。通过改变源磁偶极倾角并采用基于磁图边界条件，纳入了太阳活动的影响。磁流体力学湍流模型与主体流动方程自洽耦合，使得临界区域附近流动的湍流特性得以研究。模拟结果与多种遥感观测进行比较。利用一条模拟的 PSP 轨迹，就所计算的临界曲面为航天器提供情境预测。与现有遥感结果（包括日球层成像与射电闪烁研究）相比，本文结果的解释呈现出广泛一致性。轨迹分析表明，PSP 可能位于 $\beta=1$、声速面和阿尔文面内部的时间段，敏感依赖于太阳活动程度、太阳偶极倾角以及日球电流片的位置。