太阳射电爆发参数与日冕动力学过程课件.pptx

1、太阳射电爆发参数与日冕动力学过程2023-5-192提纲提纲1.太阳物理前沿问题及太阳射电天文学的优势2.太阳射电爆发类型划分3.日冕动力学及太阳射电爆发参数提取4.总结2023-5-1931.太阳物理前沿问题及太阳射电天文学的优势太阳物理前沿问题及太阳射电天文学的优势太阳物理前沿问题太阳物理前沿问题 Coronal heating processes Nature of solar eruptions Origin of solar cycles Interior structure of the Sunhttp:/solarscience.msfc.nasa.gov/quests.shtm

2、l2023-5-194太阳射电天文学的优势太阳射电天文学的优势射电观测对太阳大气中的各种非热过程、粒子加速和传播、等离子体不稳定性活动等都有非常灵敏的响应射电观测可以用毫秒级的时间分辨率对太阳爆发过程进行快速频谱和成像观测射电探测：射电探测：空间范围广空间范围广、动态范围大动态范围大、对爆发活动对爆发活动灵敏度高灵敏度高Radio emission intensity of Sun and Milky Way30GHz 3.0GHz 300MHz 30MHz 3MHz 300kHz射电探测：能对几乎所有太阳物理前沿问题给出新的观测证据射电探测：能对几乎所有太阳物理前沿问题给出新的观测证据202

3、3-5-195太阳射电天文学的复杂性太阳射电天文学的复杂性多种辐射机制共存多种辐射机制共存非相干辐射非相干辐射 韧致辐射韧致辐射 回旋共振辐射回旋共振辐射 回旋加速辐射回旋加速辐射 同步加速辐射同步加速辐射相干辐射相干辐射 电子回旋脉泽辐射电子回旋脉泽辐射 等离子体辐射等离子体辐射2023-5-196太阳射电流量计太阳射电流量计单天线、在单一频段或少数几个频点上测量太阳辐射流量。可获得极高的灵敏度和时间分辨率。如怀柔2840流量计、日本NoRP偏振计（7个频段）等太阳射电观测手段太阳射电观测手段每日数据量每日数据量较小，大约几MB到几十MB2023-5-197太阳射电频谱仪太阳射电频谱仪单天线

4、、在宽带多频点观测，可得到宽带动态频谱图，有较高的时间分辨率和频率分辨率。如怀柔的SBRS/Huairou,捷克ORSC/Ondrejov等SBRS/Huairou每日数据量每日数据量可达几百MB到几个GB量级2023-5-198单频射电日像仪单频射电日像仪在单一频点或少数几个频点上进行全日面成像观测，如日本NoRH(17、34GHz)、法国Nancay(150-500 MHz，10个频点)等。每日数据量可达几十到几百GBNoRH is composed of 84 antenna with diameter 80 cm in T-shape array.Its spatial resolut

5、ion is 10 with cadence of 1 s and 50 ms.NoRH2023-5-199射电频谱日像仪射电频谱日像仪用许多望远镜组成干涉阵列，利用合成孔径成像技术，可以同时获得较高的时间-空间-频率分辨率。MUSER2014-11-11 event observed by MUSER每日观测数据量非常巨大，可达几百GB到若干TB左右，MUSER,etc.2023-5-1910太阳射电流量计太阳射电流量计太阳射电频谱仪太阳射电频谱仪单频射电日像仪单频射电日像仪射电频谱日像仪射电频谱日像仪每日数据量：1-100MB每日数据量：300MB-10GB每日数据量：1-100GB每日数

6、据量：2-6TB随着探测能力的不断提高，积累的观测数据也呈指数地迅速增加如何从海量观测数如何从海量观测数据中提取有价值的据中提取有价值的信息，是太阳物理信息，是太阳物理研究的重要任务研究的重要任务2023-5-19112.太阳射电爆发的类型划分太阳射电爆发的类型划分太阳射电辐射包含非常丰富的太阳爆发过程的信息太阳射电辐射包含非常丰富的太阳爆发过程的信息:(1)热过程(2)非热过程(3)粒子加速及相关传播和能量释放(4)等离子体不稳定性(相干过程及非相干过程)(5)辐射源区的磁场信息太阳射电爆发的时标跨越从毫秒级到几个小时的很宽的范围，其源区空间尺度也大到整个活动区、小到亚角秒量级对不同类型太阳

7、射电爆发的准确描述是我们理解相应日冕对不同类型太阳射电爆发的准确描述是我们理解相应日冕动力学过程的基础动力学过程的基础2023-5-1912(1)Type I storm/bursts(Iwai,et al.ApJ,2014)300 MHz,enhanced broadband continuum(Type I storm),overlapped with short-life,narrow band strong bursts(Type I bursts)2023-5-1913(2)Type II bursts(Du,et al.,ApJ,2015)1%f/sdfDdtThe frequen

8、cy drift rate:Frequency drifts slowly,always have harmonic structures,associated to CME or shocks,important indicator of fast plasma flows2023-5-1914(Tan,et al,2016,ApJ)(3)Type III burstsThe frequency drift rate:10%f/sdfDdtType III burst is a signature of energetic electron beams,and the type III pa

9、ir can pinpoint the acceleration site,and be a indicator of magnetic reconnection.Fast frequency drifts,range from decameter to decimeter wavelengths.2023-5-1915(4)Type bursts(Aurass,et al,2003,AA,410,1001)Overlapping many fine structures:QPP,ZP,fiber,narrow type III,spike,dot,etc.These fine structu

10、res reveal complex physical processes in the source regions.Broadband continuum bursts,2023-5-1916(5)Type V burstsObserved by Culgoora Spectropolarimeter,after a train of type III bursts(Dulk,et al,A&A,1980)2023-5-1917TypefrequencyMain featuresMagnetic configurationPhysical conditionsEmission mechan

11、ism24080-90Spiky QPP2-3-3700 -730020080-90Type III0.63200 960011085spike0.018 0.025-2310 -966028-7280dot0.016 0.023-4100 -860024-308595精细结构爆发的统计特征精细结构爆发的统计特征（以（以2004年年12月月1日耀斑事件为例）日耀斑事件为例）2023-5-1924短周期脉动结构短周期脉动结构(SPP):0.5P10 sBandwidth:600-900 MHzPeriod:7.5 seconds Strong polarizationDrifting rate:

12、4.0 GHz/s to 3.5 GHz/s.most faster than that of VLP and LPP.This may imply that they are related to some energetic electrons.2023-5-1925甚短周期脉动结构甚短周期脉动结构(VSP):P0.5sOrdinary VSP:Wg2 WpWp:pulse width(energy release)Wg:gap width(energy storage)Narrow band,strong polarization,fast drift(Tan et al,2007,Ap

13、J)2023-5-192626微波斑马纹结构微波斑马纹结构(ZP)Microwave ZP is the most intriguing and complex phenomenon in solar radio astronomy.SBRS observed many microwave ZPs since 1999,including the Zebra at the highest frequency(7GHz)Chen&Yan,SoPh,2007Chernov et al.2011Altyntsev et al.,A&A,2005etc.2023-5-1927鱼群结构鱼群结构Moder

14、ate frequency drifting rate,weakly polarization,always in pairs.Its formation mechanism is an open problem.Wu et al.(2007,ApJ,665)proposed that it produced by a group of“solitary kinetic Alfven waves”(SKAWs)with small cross-field scales.2023-5-1928(Tan,ApJ,2013)微波小爆发微波小爆发微波小爆发（Solar small-scale micr

15、owave bursts，SMBs）包括点状爆发、尖峰爆发、窄带III型爆发等，具有寿命短、带宽窄、强偏振、超高的辐射亮温等特征，为一类强相干辐射过程需要提取参数包括：辐射频率 带宽 辐射强度 偏振度 频率漂移率 时间分布特征 频率分布特征如何扣除背景，是准确提取上述参量的重要前提之一2023-5-19293.日冕动力学和太阳射电爆发参数日冕动力学和太阳射电爆发参数(Tan,2008,Sol Phys)2023-5-1930带宽带宽寿命寿命频漂率频漂率对于射电II型爆、III型爆、尖峰爆发等，首先希望提取的参数便是中心频率、频漂率、带宽、寿命和辐射亮温等。对于其他各型爆发特征，上述参数也是需要

16、重点考虑的因素2023-5-1931(Yu,Yan,&Tan,2012,ApJ)斑马纹的条纹迹线和间距确定：条纹间距与源区磁场强度成正比2023-5-1932条纹间距的不同变化特征也反映了辐射源区不同的等离子体波-粒耦合过程(Tan et al.2014,ApJ)等间距型变间距型间距增长型2023-5-1933对弱磁场的测量，偏振度的测量精度直接决定了对辐射源区磁场的测对弱磁场的测量，偏振度的测量精度直接决定了对辐射源区磁场的测量精度。偏振度的计算还依赖于如何从辐射强度中扣除背景辐射量量精度。偏振度的计算还依赖于如何从辐射强度中扣除背景辐射量在弱磁场、热辐射情况下，射电辐射机制为韧致辐射(Ge

17、lfreikh,2003)，辐射的圆偏振度与源区磁场成正比，并与谱指数密切相关，可表示为：107,(:)(log)(log),:wavelength(log)(log)lRLbbRLbbbbBP unit GsTTPTTTT 当辐射源为光学薄时，谱指数 2，于是可得：):(,54GsunitPBl2023-5-1934QPP的周期提取的周期提取 亮条纹计数法（DCT）FFT 小波分析(Tan et al.,2007,ApJ)2023-5-1935小波分析可以得到小波分析可以得到QPP更多的时间特征：脉动周期、更多的时间特征：脉动周期、脉动起止时间、周期漂移特征等。如下例脉动起止时间、周期漂移特征等。如下例2023-5-19365.结论和讨论结论和讨论2023-5-1937谢谢大家！谢谢大家！