太阳耀斑非热辐射准周期振荡研究

In solar flares, quasi-periodic pulsations are ubiquitously observed in radio, hard X-ray, γ-ray, soft X-ray and EUV wavelengths. The non-thermal emission is the production of the interactions between energetic electrons and magnetic field or plasma in flare region. To study the characters of temporal, spatial and spectral evolution of non-thermal QPPs, to comprehensively understand the affection of quasi-periodic changed parameters on partial acceleration and transportation and to interpret the coupling processes among energetic electrons, magnetic field and plasma will provide necessary proof for the mechanisms of quasi-periodic acceleration or injection, which could help us to identify and improve the physical model of particle acceleration in solar flares. This project is mainly based on the observation of Mingantu Ultrawide Spectral Radioheliograph (MUSER) and multi-wavelength imaging and spectral observation from other ground and satellite telescope to study the distribution and evolution of non-thermal QPPs in flare region form the chromospheres to the corona even to the interplanetary space to distinguish the oscillating mechanism for QPPs and to diagnose magnetic field, plasma and energetic electrons. This could help us to understand the physical condition to produce quasi-periodic acceleration or injection, to understand the relationship between particle acceleration or injection and other dynamic process in solar atmospheres and to explore the nature of energy release and particle acceleration in solar flares.

太阳耀斑爆发过程中，常常在射电、硬X射线、γ射线、软X射线、极紫外射线等波段辐射中观测到准周期脉动（QPP）现象。耀斑的非热辐射是高能粒子与磁场、等离子体相互作用的产物，研究非热辐射准周期振荡的时空演化特征，全面认识准周期性变化的物理参数对于粒子加速或传输的影响，理解高能粒子、磁场、等离子体之间的耦合过程，能够为准周期性粒子加速或注入机制提供重要依据，证认和完善耀斑粒子加速理论模型。本项目主要基于中国新一代厘米-分米波射电日像仪的观测数据，结合其它地面和卫星的多波段成像和频谱观测，研究非热辐射QPP在耀斑区域从色球层到日冕层甚至行星际空间的分布特征和演化规律，辨别产生准周期振荡现象的物理机制，诊断辐射源区磁场、等离子体等参数以及高能粒子分布特征，反演产生准周期性粒子加速或注入的物理条件，理解粒子加速或注入与太阳大气其它动力学过程的内在联系，探索太阳耀斑能量释放和粒子加速的本质。

太阳耀斑爆发常常产生射电、硬X射线、γ射线、软X射线、极紫外射线等波段辐射的准周期脉动(QPP)现象，通过研究这些QPPs发生的时间、位置和振荡参数，可以帮助我们辨别调制准周期热和非热辐射的机制，理解准周期的粒子加速和疏运过程。（1）我们研究了一个日面边缘的太阳耀斑事件，得到了微波、HXR和米波QPPs的二维空间分布，发现在磁场重联区域下方耀斑环顶和足点以及磁场重联区域上方等离子体团中两种不同周期的非热辐射振荡，印证了发生在磁场重联区域之外等离子束流中的准周期粒子加速过程；（2）利用明安图宽带频谱日像仪（MUSER）的数据，结合SDO多波段观测，我们分析了一个环形活动区太阳耀斑不同演化阶段、不同位置上的准周期辐射，发现位于磁场重联区域上方的准周期射电辐射（周期为二分钟）与环形条带上的准周期极紫外辐射（周期为三分钟）具有相似的振荡周期，它们可能分别是向上、向下运动的等离子体束流引起的MHD振荡调制的产物；（3）辨别证认了日珥结构中射电和极紫外亮斑结构，分析了亮斑结构的结构和寿命等参数，发现这些亮斑结构间歇性出现，持续时间为3-5秒，为扭缠磁绳中振荡的、短时标、小尺度能量释放提供了观测证据；（4）研究LOFAR观测到的行星际III型暴中包含的周期性出现的条纹精细结构，证明了Kolmogorov湍流通过对当地等离子体的影响，而调制了III型暴的辐射参数，产生了周期性的条纹精细结构。本项目重点研究了两个不同磁场结构的耀斑、一个爆发日珥以及一个行星际III暴辐射中包含的不同周期的准周期辐射，探索了太阳耀斑中不同位置等离子体MHD振荡对粒子加速和疏运过程的调制，为扭缠磁绳中的间歇性、小尺度能量释放提供了观测依据，揭示了太阳大气Kolmogorov湍流对非热电子产生III型暴辐射的调制。