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 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 清洁能源赋能绿色低碳发展

  • 春到沙湖迎客来

独家策划

推荐阅读
2025中关村论坛年会于3月27日至31日在北京举办,以“新质生产力与全球科技合作”为年度主题。其中将举办碳达峰碳中和科技、世界绿色设计等论坛,为新质生产力发展注入绿色动能。
2025-03-28 03:30
日前,我国自主研制的最大直径盾构机“沧渊号”成功下线,将承担世界最长公路水下盾构隧道——海太长江隧道工程左线掘进任务。大海古称“沧渊”,海太长江隧道横跨长江入海口,全长39.07公里,其中过江隧道长11.185公里,最大埋深超75米,计划于2028年建成。“沧渊号”开挖直径达16.66米,整机总长176米,总重量超5650吨,再创国产超大直径盾构机新纪录。
2025-03-28 04:00
3月27日,国家重大科技基础设施高能同步辐射光源HEPS正式宣布启动带光联调,这标志着HEPS装置建设进入冲刺阶段。HEPS是设计亮度世界最高的第四代同步辐射光源,也是我国第一台高能量同步辐射光源。截至2025年1月,经过多轮束流调试,HEPS储存环束流强度达到40毫安以上,发射度降低到93皮米弧度。
2025-03-28 04:00
3月27日,以“新质生产力与全球科技合作”为主题的2025中关村论坛年会在北京中关村国际创新中心拉开帷幕。来自100多个国家和地区的上千名嘉宾齐聚一堂,共议前沿科技趋势、共享创新思想、共谋发展机遇。
2025-03-28 03:30
近日,国家卫生健康委会同国家市场监督管理总局发布50项食品安全国家标准和9项标准修改单。截至目前,我国已累计发布食品安全国家标准1660项,包含2万多项指标,涵盖全部340余种食品类别。
2025-03-28 04:00
记者日前获悉,自去年10月全球洲际间断分布的5种崖柏属植物全部落户重庆市开州区崖柏国家林木种质资源库以来,科研团队已成功繁育崖柏实生苗30万株,崖柏扦插苗20万株,
2025-03-27 04:00
职业技能培训对劳动者提技增收、缓解就业矛盾意义重大。党中央、国务院高度重视职业技能培训工作,2024年印发《关于实施就业优先战略促进高质量充分就业的意见》,要求健全终身职业技能培训制度。
2025-03-27 05:10
长期以来,天气预报主要依赖于传统的数值天气预报模型。随着AI技术的突破,气象领域开始应用AI技术提高天气预报以及气候预测水平。2023年,《科学》杂志将“AI辅助天气预报的发展”评为世界科学十大进展,同年我国主导的AI大模型在精细化天气预报中的应用,更被评为中国科学十大进展之首。这些里程碑既展现了大气科学与AI融合的潜力,也为应对极端天气和防灾减灾创造了新机遇。
2025-03-27 05:10
当前,人工智能技术快速迭代并被应用到各行各业,从根本上改变着人类的生产生活。人工智能的发展越快,公众的期待与担忧越是急剧上升。如何平衡推进人工智能应用与治理,如何缩小科技发展带来的数字鸿沟,成为今年论坛上嘉宾热议的焦点之一。
2025-03-27 05:10
近日,国家互联网信息办公室、工业和信息化部、公安部、国家广播电视总局联合发布《人工智能生成合成内容标识办法》(以下简称《办法》)。《办法》聚焦人工智能“生成合成内容标识”关键点,通过标识提醒用户辨别虚假信息,明确相关服务主体的标识责任义务,规范内容制作、传播各环节标识行为,将于2025年9月1日起施行。如何让人工智能生成合成内容“亮明身份”,不再“真假难辨”?如何破解人工智能安全治理难题?记者就此进行了采访。
2025-03-27 05:10
当前,人口老龄化问题正在全球范围内加速蔓延,已经成为世界各国必须面对的共同挑战。世界卫生组织数据显示,预计2050年全球60岁以上人口数量将达21亿,其中包括4.26亿80岁以上的老年人。在养老领域,养老机器人不仅可以减轻社会和家庭照料老年人的负担,还可支持老年人享受高质量的居家生活,因此智能养老机器人正逐渐成为世界各国应对人口老龄化挑战的重要技术手段。
2025-03-27 05:10
目前,中国电信积极探索中央企业和国家科研院所的深度合作范式,打通基础研究和成果转化通道,推动量子技术产业化发展。
2025-03-26 10:28
至此,中国空间站舱外航天服已经圆满保障空间站任务以来的19次出舱活动,使用年限次数超出“3年15次”的寿命设计指标。
2025-03-26 10:27
中国人工智能大模型加速“出海”“出圈”,让更多澳大利亚华商和杨东东一样,开始将目光瞄准中国人工智能领域,积极寻找投资机会。
2025-03-26 10:27
随着生活水平的提高,人们的文旅需求正从“看山看水看风景”向“品文品魂品生活”转变。比如,逛博物馆,青铜器的精美纹饰固然能够吸引人的兴趣,但观众更希望了解青铜器纹饰背后的礼制密码;去故宫旅游,飞檐斗拱彰显的传统建筑之美固然让人欣喜,但榫卯结构背后的“天人合一”哲学更引人深思。山水器物背后的文化密码,具有一定的隐匿性,不易被直接观察和理解,而数智技术为游客了解这些文化密码提供了一把钥匙。
2025-03-26 04:45
记者从25日召开的中央企业“人工智能+”媒体通气会上获悉,近年来,国务院国资委持续深化中央企业“人工智能+”专项行动,着力提升中央企业在人工智能领域的竞争力。截至目前,中央企业在工业制造、能源电力、智能网联汽车等重点行业布局应用人工智能,科研、生产、客服等方面降本增效明显。
2025-03-26 04:45
25日,人类细胞谱系大科学研究设施(以下简称“细胞谱系设施”)在广东广州国际生物岛正式启动建设。这一设施是国家“十四五”重大科技基础设施,
2025-03-26 03:45
1956年,27岁的林皋带领年轻教师和同学们从零开始,通过自行设计制作的激振和测振仪器设备,在我国率先开展大坝抗震试验。
2025-03-25 09:10
2024年财政收入恢复性增长,比上年增长1.3%。在深入实施创新驱动发展战略,促进现代化产业体系加快建设方面,《报告》指出,推动加快实现高水平科技自立自强。
2025-03-25 09:09
在应用数学中心,来自东南大学通信、网络安全、电子、医学、制药等约10个学科的科研团队经常汇聚一堂,寻找交叉融合的合作点。
2025-03-25 09:05
加载更多