【儀表網 研發快訊】近期，中國科學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，發現了一類明顯不同于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現是太陽射電研究領域的新進展，有望為探索日冕加熱和太陽風加速，尤其是太陽大氣磁等離子體活動在粒子動力學尺度上的“元過程”提供有力的新型探測診斷手段。
 

　　太陽風加速和日冕加熱是太陽物理領域的難題。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。依據輻射動力學譜，太陽射電輻射可以分成較多不同的類型，反映了輻射源區在大氣環境和物理機制上的不同。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生的高能電子束直接激發產生；由日冕物質拋射驅動激波的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%)；而與太陽活動區黑子磁場有關的I型射電暴的動力學譜則幾乎不呈現頻率漂移。因此，不同類型太陽射電輻射的研究，對揭示輻射機制具有重要的科學意義，并可為不同環境下的各類太陽活動現象和動力學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，發現了在一個開放的低密度磁通道內存在大量小尺度弱射電輻射源。這些小尺度輻射源的持續時間為分鐘量級，輻射頻率變化范圍從~10 MHz向低頻漂移到~0.1 MHz，輻射強度相對微弱以至在1 AU處已衰減到目前衛星天線的探測靈敏度之下。特別是，它們的動力學譜特征呈現強演化的特征，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制和動力學演化行為。結果顯示，這類新型小尺度射電暴的輻射源區主要位于1.1到6.1個太陽半徑的高日冕區，屬于日冕向太陽風的過渡區，是典型的太陽風加速區。同時，在這一區域內易產生的動力學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制及其動力學譜的強演化行為。因此，它被稱為太陽孤波輻射。
 

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

　　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(黃色標記區域：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)為磁場強度；(c)為磁場的3個分量；(d)為太陽風速度；(e)為太陽風速度的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衛星(c)和歐洲LOFAR地面射電陣(a)與PSP衛星(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)中標記的7個事件的相對頻漂率隨頻率的變化。