【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國科學(xué)院紫金山天文臺日球射電研究課題組，利用帕克太陽探針(PSP)上射電頻譜儀的抵近太陽觀測資料，發(fā)現(xiàn)了一類明顯不同于II型和III型射電暴的新型太陽射電暴——太陽孤波輻射。新型的小尺度太陽孤波輻射的發(fā)現(xiàn)是太陽射電研究領(lǐng)域的新進(jìn)展，有望為探索日冕加熱和太陽風(fēng)加速，尤其是太陽大氣磁等離子體活動在粒子動力學(xué)尺度上的“元過程”提供有力的新型探測診斷手段。
 

　　太陽風(fēng)加速和日冕加熱是太陽物理領(lǐng)域的難題。主要困難在于針對高溫稀薄且完全電離的日冕等離子體，尤其是在粒子動力學(xué)尺度上的等離子體集體相互作用“元過程”，缺乏有效的天體物理診斷手段。依據(jù)輻射動力學(xué)譜，太陽射電輻射可以分成較多不同的類型，反映了輻射源區(qū)在大氣環(huán)境和物理機(jī)制上的不同。例如，以快速頻率漂移為特征(相對頻漂率大于每秒10%)的Ⅲ型射電暴，主要由伴隨耀斑活動產(chǎn)生的高能電子束直接激發(fā)產(chǎn)生；由日冕物質(zhì)拋射驅(qū)動激波的II型射電暴，具有相對較慢的頻率漂移(相對頻漂率小于每秒1%)；而與太陽活動區(qū)黑子磁場有關(guān)的I型射電暴的動力學(xué)譜則幾乎不呈現(xiàn)頻率漂移。因此，不同類型太陽射電輻射的研究，對揭示輻射機(jī)制具有重要的科學(xué)意義，并可為不同環(huán)境下的各類太陽活動現(xiàn)象和動力學(xué)過程的研究提供有效的觀測診斷手段。
 

　　該課題組基于PSP在距離太陽約1/6個AU(地球到太陽的平均距離)處的觀測資料，發(fā)現(xiàn)了在一個開放的低密度磁通道內(nèi)存在大量小尺度弱射電輻射源。這些小尺度輻射源的持續(xù)時間為分鐘量級，輻射頻率變化范圍從~10 MHz向低頻漂移到~0.1 MHz，輻射強(qiáng)度相對微弱以至在1 AU處已衰減到目前衛(wèi)星天線的探測靈敏度之下。特別是，它們的動力學(xué)譜特征呈現(xiàn)強(qiáng)演化的特征，其相對頻漂率從高頻端的大于每秒1%減小到低頻端的小于每秒1%。研究結(jié)合普遍采用的太陽大氣模型，分析了這類新型射電暴的輻射機(jī)制和動力學(xué)演化行為。結(jié)果顯示，這類新型小尺度射電暴的輻射源區(qū)主要位于1.1到6.1個太陽半徑的高日冕區(qū)，屬于日冕向太陽風(fēng)的過渡區(qū)，是典型的太陽風(fēng)加速區(qū)。同時，在這一區(qū)域內(nèi)易產(chǎn)生的動力學(xué)阿爾文孤波及其捕獲的加速電子的回旋脈澤輻射，能夠自洽一致地解釋這類新型小尺度射電暴的輻射機(jī)制及其動力學(xué)譜的強(qiáng)演化行為。因此，它被稱為太陽孤波輻射。
 

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《天體物理雜志》(The Astrophysical Journal)上。研究工作得到中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(B類)和國家自然科學(xué)基金的支持。
 

　　PSP在2019年4月1-9日在約36個太陽半徑處觀測到的低密度磁通道(黃色標(biāo)記區(qū)域：08:08:34 UT on 2019 April 3 and 13:17:09 UT on 2019 April 6)。(a)為射電功率譜密度；(b)為磁場強(qiáng)度；(c)為磁場的3個分量；(d)為太陽風(fēng)速度；(e)為太陽風(fēng)速度的3個分量；(f)為等離子體密度；(g)為等離子體溫度；(h)為PSP的日心距離。
 

　　PSP在穿越圖1中低密度磁通道期間觀測到的太陽孤波輻射事件。(a)、(b)、(c)為1 AU處的WIND衛(wèi)星(c)和歐洲LOFAR地面射電陣(a)與PSP衛(wèi)星(b)同時均有觀測的兩段射電功率譜密度對比；(d)為PSP觀測到的385個太陽孤波輻射事件的起始頻率fst(紅色圓點)和終止頻率flo(藍(lán)色圓點)，以及PSP實地測量的等離子體頻率fpe(黑色曲線)；(e)為圖(b)中事件5的最大功率譜密度(粉色圓點)及其隨頻率變化的擬合曲線(黑色曲線)；(f)為(b)中標(biāo)記的7個事件的相對頻漂率隨頻率的變化。