太陽微波低頻段射電III型爆發(fā)是天基和陸基儀器常規(guī)觀測到的最強無線電信號之一，它們是通過等離子體發(fā)射機制產(chǎn)生，當超熱電子束與周圍的等離子體相互作用時，觸發(fā)等離子體頻率(基波發(fā)射)或二次諧波(諧波發(fā)射)的無線電發(fā)射。

當電子束從太陽向外傳播時，隨著周圍太陽風等離子體密度的降低，無線電輻射以逐漸降低的頻率產(chǎn)生。III型爆發(fā)可以在很大的經(jīng)度范圍內(nèi)同時探測到，其射電源徑向距離比電子密度模型預(yù)測的要大得多。

這些模糊的特性，通常歸因于電子密度不均勻性對無線電波的散射。帕克太陽探測器(PSP)航天器于2018年8月發(fā)射升空，是美國國家航空航天局(NASA)探測太陽外冕的項目，主要科學(xué)目標是確定太陽日冕磁場的結(jié)構(gòu)和動力學(xué)，了解太陽日冕和太陽風是如何被加熱和加速的，并確定哪些過程對太陽高能粒子有作用。一項新的研究報告了對III型爆發(fā)衰減時間和密度波動測量的統(tǒng)計研究。

研究人員分析了帕克太陽探測器在近日點期間觀測到的大量III型爆發(fā)，以便從統(tǒng)計上恢復(fù)它們作為頻率函數(shù)的指數(shù)衰減時間。在此期間，與太陽的徑向距離從35.7到53.8太陽半徑不等?？茖W(xué)家對位于1AU的航天器，觀測到125千赫至1兆赫之間的152個III型爆發(fā)進行了類似分析，得到的光譜折射率約為帕克太陽探測器的兩倍。研究人員指出，1兆赫的等離子體頻率，對應(yīng)于8個太陽半徑的徑向距離，在那里太陽風的速度通常超過阿爾芬速度。

此時太陽風就變成了超級阿爾夫涅克(Super AlfvéNic)，因此，隨著背景等離子體的顯著變化，III型爆發(fā)特性在1 MHz的頻率附近變化也就不足為奇了?？茖W(xué)家們指出，III型爆發(fā)在1兆赫時也顯示出最大的功率譜密度。研究人員用蒙特卡羅模擬技術(shù)來研究散射對衰變時間的作用，根據(jù)到達時間，計算了衰變時間，并將其與帕克太陽探測器觀測到的時間進行了比較。結(jié)果表明，觀測功率譜密度的指數(shù)衰減，可以用太陽風中密度不均勻性對無線電信號的散射來解釋。

在有效湍流尺度長度下，相對電子密度波動為0.09-0.22。總而言之，根據(jù)之前在較低頻率下的觀測，在1到10 MHz之間的III型突發(fā)衰減時間在統(tǒng)計上比預(yù)期要長。這既可以用Alfvén點以上不同的環(huán)境等離子體參數(shù)來解釋，也可以因為較好地觀測到了1 MHz以上的諧波分量。如果后者為真，則可以使用指數(shù)衰減時間的變化來區(qū)分單個III型爆發(fā)中的基波和諧波分量。

通過比較帕克太陽探測器觀測和蒙特卡羅模擬，研究人員預(yù)測，在2.5到14個太陽半徑之間的徑向距離處，相對密度波動的范圍在0.22到0.09之間。

博科園｜研究/來自：歐洲太陽射電天文學(xué)家協(xié)會

參考期刊《天體物理學(xué)》

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