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基于III型无线电脉冲爆发太阳风中的密度波动

更新时间:2020-09-11 13:00点击:

  III型爆发是星载和地面仪器常规观测到的最强无线电信号之一。当超热电子束与周围等离子体相互作用时,它们是通过等离子体发射机制生成的,从而触发了以等离子体频率(基波发射)或其二次谐波(谐波发射)产生的无线电发射。随着电子束从太阳向外传播,以逐渐降低的频率产生无线电发射,这与环境太阳风等离子体密度的降低相对应。可以同时在很宽的经度范围内检测到III型爆发,并且其无线电源的径向距离比电子密度模型预测的大得多。

基于III型无线电脉冲爆发太阳风中的密度波动

  这些晦涩的特性通常归因于电子密度不均匀性对无线电波的散射。帕克太阳探测器(PSP)航天器于2018年8月发射升空,是NASA探测太阳外日冕的一个项目。它的主要科学目标是确定太阳日冕磁场的结构和动力学,了解太阳日冕和太阳风是如何被加热和加速的,并确定哪些过程导致了太阳高能粒子。一项新的研究报告了对III型爆发衰减时间和现场密度波动测量值的统计调查。

  研究人员分析了2号近日点直升机在PSP期间观察到的大量III型爆发,以便统计地检索其指数衰减时间与频率的关系(图1a)。在此期间,距太阳的径向距离为35.7至53.8太阳半径。Krupar等。(2018)对位于1 au的STEREO航天器观察到的在152 kHz和1 MHz之间的152个III型猝发进行了类似的分析。所获得的光谱指数大约是PSP的两倍。

  研究人员注意到,等离子频率为1 MHz(斜率在STEREO和PSP之间变化)对应于八个太阳半径的径向距离,其中太阳风速通常超过Alfvén速度,并且太阳风变为超级Alfvénic。因此,随着背景等离子体的显着变化,III型猝发特性在1 MHz的频率附近变化也就不足为奇了。科学家注意到,III型脉冲串在1 MHz时也表现出最大的功率谱密度。

  他们实施了蒙特卡洛模拟技术来研究散射对衰减时间的作用。他们从到达时间计算出衰减时间,并将其与PSP观察到的时间进行比较。结果表明,观测到的功率谱密度的指数衰减可以用太阳风中密度不均匀性引起的无线电信号散射来解释。在有效湍流标度长度下,相对电子密度波动为0.09-0.22(图b)。

  总而言之,III型猝发衰减时间在1至10 MHz之间在统计学上比根据先前在较低频率下的观察所预期的更长。这可以通过Alfvén点以上的不同环境等离子体参数来解释,或者可以通过观察到高于1 MHz的谐波分量来解释。如果后者为真,则可以使用指数衰减时间的变化来区分单个III型猝发内的基波分量和谐波分量。通过比较PSP观测和蒙特卡洛模拟,研究人员预测了在2.5至14太阳半径的径向距离处的相对密度波动,范围为0.22至0.09。


基于III型无线电脉冲爆发太阳风中的密度波动