点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:太阳射电III型暴——“看见”电子束
首页> 科普频道> 天文前沿 > 正文

太阳射电III型暴——“看见”电子束

来源:光明网2021-08-20 14:18

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  剧烈的太阳爆发会向日冕-行星际空间释放大量高能电子,进而扰动近地空间环境。在光学、紫外波段,高能电子在稀薄的大气中只能产生非常微弱的辐射,现有的观测技术根本无法看到这些信号。但是,高能电子可以在射电波段产生比背景辐射强数万倍到数千万倍的辐射增强信号,从而使追踪太阳高能电子束的起源、加速和在行星际空间传播成为可能,我们可以在射电波段看见太阳高能电子束!

太阳射电III型暴——“看见”电子束

图1. 太阳射电频谱图示例-比利时ARCAS和HSRS频谱仪在2017年9月6日观测到与X9.3级耀斑有关的射电爆发,包括射电II,III,IV型暴以及叠加的尖峰,斑马纹等频谱结构(图源:https://wwwbis.sidc.be/humain/event_x9_20170906.php)

  太阳射电暴,是指太阳在射电波段的辐射流量增强现象,通常在宽带动态频谱图(频率-时间图)上表现为各种有趣的频谱结构(图1),如太阳射电I、II、III、IV、V型暴、脉动结构、斑马纹结构、尖峰爆发等,它们通常反映出爆发源区各异的物理环境以及辐射机制等诸多重要信息。

太阳射电III型暴——“看见”电子束

图2. 国家天文台怀柔太阳射电宽带动态频谱仪观测到的太阳射电III型暴频谱图,此图观测频段为1.1-1.34GHz(图源:黄静、谭宝林,2012)

  在太阳射电频谱结构中,研究最为广泛的便是射电 III 型暴(图2,图3)。其在频谱图上表现为快速频率漂移,频率范围可覆盖1 MHz-10 GHz,频漂率 > 10% 中心频率每秒,具有较高的辐射亮温度和较短的寿命,常常成群出现,并与太阳耀斑密切相关。

太阳射电III型暴——“看见”电子束

图3. 太阳-行星际射电III型暴频谱图,由瑞士Bleien射电频谱仪(图中200-900 MHz)、法国Nancy频谱仪(图中15-80 MHz)、日地关系天文台搭载的无线电监测装置STEREO/WAVES(图中0.1-14 MHz)观测结果拼接而成(图源:Reid et al. 2014)

  那么,太阳射电 III 型暴与电子束有什么关联呢?这要从它的产生机制说起。

  通常认为,太阳射电 III 型暴是非热电子束以约 0.3-0.8 倍光速沿开放磁力线向外传播时产生的,是高能电子束穿过日冕和行星际空间产生的信号,为远距离示踪这些电子流提供了有力的工具。目前为止,大家普遍认为射电 III 型暴主要的产生机制是等离子体辐射机制,高速电子束流沿磁力线向外运动,在远离加速区处,快电子追过慢电子,在等离子体中形成“尾瘤不稳定性”,产生强朗缪尔波,通过波-波相互作用和等离子体辐射过程转化成可被观测到的电磁波,形成 III 型暴。

太阳射电III型暴——“看见”电子束

图4. 左图:耀斑标准模型示意图,右图:太阳射电III型暴卡通图,来自重联区向上运动电子束产生正常漂移III型暴,向下运动电子束产生反常漂移III型暴(图源:Bastian et al. 1998)

  电子束沿着这些大尺度磁力线以不同的方向运动时,在频谱图上会表现出不同的形状。除了从高频漂移到低频的正常漂移III型暴(负漂移),还有从低频漂移到高频反常漂移结构(正漂移)(图4),射电辐射从高频漂到低频,再漂向高频,在频谱图上呈现 U 形状即称为U型暴,同样相似的J 型暴(图5)也都是 III 型暴的变种之一。

太阳射电III型暴——“看见”电子束

图5. 欧洲低频阵LOFAR观测到的射电J型暴频谱(上图)成像结果(下图)(图源:Reid et al. 2017)

  由于太阳是个“面源”,日面不同位置处的射电辐射强度会随着时间变化,而单一口径的射电望远镜指向太阳时,得到的是整个日面的总流量变化。因此早期由于射电望远镜技术发展的限制,对太阳射电III型暴的观测研究主要是利用频谱观测中的频漂率、偏振度,引入一些模型假设来进行物理参数诊断。

  近十几年来,综合孔径和多波束射电望远镜逐渐发展起来,并成功实现对太阳的全日面射电成像,使得我们能够看见射电III型暴的空间轮廓,获得辐射源区的位置和空间结构信息,并且得到电子束空间演化的动力学特征。例如陈彬等人利用美国甚大阵 VLA 的射电观测追踪了太阳射电III型暴的空间位置(图6),发现在耀斑过程中电子束离开重联区沿着磁力线向外运动,非常完美地描绘了高能电子束的运动轨迹。

太阳射电III型暴——“看见”电子束

图6. 美国甚大阵VLA观测到的射电III型暴频谱(上图)成像结果(下图)(图源:陈彬、余思捷等人,2018)

  太阳射电III型暴,对耀斑源区物理过程和高能电子的加速过程有着灵敏的响应,有利于我们理解太阳爆发活动的触发机制、爆发源区的等离子体密度、温度、磁场强度和源区空间尺度以及高能电子能量分布、加速与传播机制等物理过程。

  随着太阳宽带频谱成像设备的发展与完善,如中国明安图射电频谱日像仪MUSER、美国欧文斯谷日像仪EOVSA,以及大型射电天文设备欧洲低频阵LOFAR、美国甚大阵VLA开展对太阳的观测,还有建设中的中国明安图米波-十米波日像仪,国际平方公里射电阵SKA等,都将会极大的推进太阳射电III型暴的成像研究,有利于我们更好的理解太阳爆发过程中高能电子的动力学行为,为灾害性空间天气事件的预报提供可靠的、来自源头的证据!

  作者简介:陈星瑶,中国科学院国家天文台助理研究员,主要从事太阳物理和太阳射电天文学的研究。

  文稿编辑:赵宇豪

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文()

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 日/周
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 香港将举行“创新科技嘉年华2026” 推广创科文化

  • 国庆假期:国家自然博物馆游客如织

独家策划

推荐阅读
根据国家气候中心监测,9月以来赤道中东太平洋海温持续增暖,为有监测记录以来候和旬尺度海温指数首次突破3摄氏度,海温指数峰值预计出现在11月前后,形成一次有监测记录以来最强的超强厄尔尼诺事件。
2026-09-30 09:45
这里,冬季寒冷漫长,寒凉气候、偏少降水、无霜期短的自然条件,难以形成规模化的城市聚落。对于传统农牧业,年均气温低、无霜期短意味着作物生长期受限;而对数据中心来说,这也是天然冷源。
2026-09-30 09:44
9月29日,中国科学院在京召开新闻发布会,正式发布“科学前沿极限突破计划”及其首批项目,向“极宏观、极微观、极端条件和极综合交叉”方向发起冲击。
2026-09-30 09:38
中国科普研究所经过深入调查研究,形成《全国科普事业发展报告(2026)》,全面展示我国科普事业持续发展壮大所取得的成就。
2026-09-30 09:32
现代科技发展史反复印证着一个道理:许多新技术的突破,归根结底都依赖材料的新发展。
2026-09-30 09:33
世界知识产权组织29日公布的2026年《全球创新指数》中,香港在全球139个经济体中排名再升一位至第14位,并在亚洲保持第五位。
2026-09-30 09:30
科学家绘制出了人体前额叶皮层脑区的已知最大规模基因表达图谱。这些研究进一步阐释了前额叶皮层脑区在生命不同阶段的发育情况,有望用于研究衰老、认知衰退和疾病易感性。在第二篇发表于《自然》论文中,西奈山伊坎医学院的Donghoon Lee和同事报道了一个与脑疾病相关的基因表达变化图谱。
2026-09-29 09:39
纤维的材料层次、器件结构和电路互连随成形过程共同建立起来,让纤维本身成为电路。另一组实验中,研究团队利用纤维组成的柔性交互界面及配套系统,实现了手指对机械臂和无人机的非接触控制。
2026-09-29 09:39
(记者王政)工业和信息化部等7部门28日联合印发《新型电池产业发展“十五五”规划》,提出到2030年,我国新体系电池研发取得重大进展,全固态电池初步实现规模化应用。
2026-09-29 09:40
记者李春剑从中国计量科学研究院获悉,近日,国际计量局(BIPM)的全球卫星导航系统(GNSS)时间传递标准首次在中国完成北斗关键参数的标校与比对验证。随着北斗时间传递链路校准、监测评估和国际互认体系持续完善,北斗将进一步为全球用户提供更加准确、可信的授时服务。
2026-09-29 09:39
近期,国务院印发《全民健身计划(2026—2030年)》,对“十五五”时期推动全民健身事业高质量发展作出部署。国际体育医学期刊《运动医学》指出,抗阻训练较常出现不适或损伤的部位主要集中在肩部、腰背部和膝部。
2026-09-29 09:37
全国科普月不仅是科普服务的集中推出期,更是营造爱科学、学科学浓厚社会氛围的重要契机。期待科普之翼越来越有力,把科学“种”进更多人心田。
2026-09-28 09:49
作为一线科技工作者,我觉得应该肩负起向公众传播科学知识、科学方法、科学思维和科学精神的社会使命。这是历史赋予我们的责任和义务,科学家应该将所学回馈社会。
2026-09-28 09:44
研究团队借助这套气体观测数据,首次定量证实:星团内接连发生的超新星爆发,持续输入的动能足以长期维持星系湍流。
2026-09-28 09:42
23日至27日,以“在数贸会遇见AI未来”为主题的第五届全球数字贸易博览会在浙江杭州国际博览中心举办。
2026-09-28 09:34
9月25日晚,皓月当空,海南科技馆外的人工湖边人头攒动。孩子们有序凑到天文望远镜前,凝神细看,月球表面深浅交错的环形山与陨石坑清晰映入眼帘。
2026-09-28 09:21
全球老龄化加速,如何延长健康寿命,成为生命科学研究领域最紧迫的课题之一。诸多抗衰老策略中,营养干预被认为最现实。已有研究表明,减少饮食中蛋白质的摄入,能延长酵母、果蝇和小鼠等模式生物的寿命。
2026-09-24 09:41
作为射电天文领域的国之重器,中国天眼(FAST)不断将我们的视野推向宇宙更深处,在脉冲星、快速射电暴、中性氢宇宙等前沿领域,一次又一次刷新着人类对于宇宙的认知。
2026-09-24 09:34
我国研究团队利用“天关”卫星(爱因斯坦探针卫星)与高海拔宇宙线观测站“拉索”(LHAASO)的联合观测,在一颗距离地球约4600光年的脉冲星周围发现一条此前未被完整看到的超长X射线尾迹。
2026-09-24 09:30
国家统计局数据显示,在消费品以旧换新等政策利好下,节能家电、智能家居等越来越受到消费者的青睐。智能家居的终极目标,不是堆砌多少高科技设备,而是让人的生活更便利、更幸福。
2026-09-24 09:26
加载更多