具有精细结构太阳射电暴的辐射机制研究

There are a rich variety of fine structures of solar radio bursts. The study of these fine structures is a key to understanding and verifying of different emission mechanism of solar radio bursts. Based on the electron cyclotron maser (ECM) emission mechanism, the following issues will be studied in this project. How the linear growth rate and the nonlinear saturation of the ECM instability are influenced by the low-frequency plasma waves which are believed to be existed generally in the solar atmosphere? Are there any common reasons for the formation of the different kinds of fine structures? How the details of the observed fine structures seen in a dynamic spectrum of radio bursts are determined by the pattern of spatial structures of the low-frequency waves as well as their time evolution? The results in this study will help us to diagnose the parameters of background plasma and low-frequency waves in the source region of the radio emission, using the observational data of solar radio bursts. Moreover, it will promote the application of the ECM emission mechanism in the explanation of different types of solar radio burst.

太阳大气中常观测到一些具有精细结构的射电爆发，对这些精细结构的合理解释，将有利于我们检验不同的太阳射电暴辐射理论机制。本项目将基于电子回旋脉泽辐射机制，通过研究太阳大气中低频等离子体波动对电子回旋脉泽不稳定性的线性和非线性增长过程的影响，探讨产生太阳射电暴中各种精细结构的共同原因，分析不同精细结构的频谱分布特征与这些低频波动的时间演化和空间分布特征之间的关系，发展利用太阳射电暴观测资料诊断太阳大气中背景等离子体环境参数以及低频等离子体波动特征的可能方法，进一步检验和推广电子回旋脉泽辐射机制在太阳不同类型射电爆发中的应用。

对太阳射电暴精细结构的准确解释，不仅有助于我们了解太阳大气中带电粒子的加速和输运、波-粒相互作用等微观等离子体物理过程，也利于我们用射电遥测数据诊断其辐射源区的等离子体参数。.首先，我们开展了电子回旋脉泽不稳定性及射电暴精细结构产生机制的理论研究。具体为：系统地计算分析了内禀阿尔文波对环-束流速度分布的非热电子激发的电子回旋脉泽不稳定性的影响，以及磁环中捕获的非热电子在相空间的演化及其激发的回旋脉泽辐射增长率沿磁环的分布，发现辐射强度沿磁环的分布不仅决定于非热电子在速度空间的分布形态，也与电子的密度分布有关；利用国际低频天线阵(LOFAR)高时空分辨率的频谱和成像数据，发现了一种太阳Sb暴的精细结构并认为其来自于日冕密度涨落对射电波库仑碰撞吸收的影响，另外发现太阳IIIb型暴的日冕辐射源存在快速扩张和超光速视运动的现象。.其次，我们开展了利用射电暴观测，诊断射电辐射源区等离子体参数的研究。具体为：发展了一套太阳III型暴的自动识别和信息提取系统，可自动获得辐射的频率范围、频率漂移率、爆发时间、辐射强度、偏振度及源的运动速度等关键参数；提出了一种利用多卫星的动态谱数据，反演行星际III型暴的源的日面经度位置，源在黄道面的运动路径和速度的前向模型；利用LOFAR的频谱和成像数据，诊断和鉴别分析了激发III型暴的电子束流速度、背景日冕的密度涨落幅度、以及影响III型暴持续时间的关键物理过程。.最后，我们提出了一种基于经验模态分解技术进行阿尔文波的Walén测试的新方法，用“希尔伯特-黄变换”分析发现云南电网中部分变压器对中等强度的地磁暴有响应，这对评估我国中低纬超高压电网在地磁暴期间的安全性，诊断太阳风中的大尺度阿尔文波具有重要意义。