日冕磁场对激波电子加速和II型射电暴辐射的作用

Type II radio bursts are generally believed to be excited by energetic electrons that are accelerated at solar eruption-driven shocks. They are the best tracers of shocks in coronal and interplanetary space, and are important to studies of solar eruptions and forecast of disastrous space weather. Considering the spatial variation of coronal magnetic field and the large-scale nature of coronal shocks, the angle between the shock normal and the upstream field lines, i.e. shock geometry, will change significantly at different regions of the shock as it propagating outward. The shock geometry determines the efficiency of electron acceleration and electron energy spectrum. In this project, we propose to explore the role of large-scale coronal magnetic fields in shock electron acceleration and type II emission both numerically and observationally. In simulation, we will develop a numerical model containing a non-planar shock and large-scale coronal fields, to study the effects of complex shock geometry and large-scale magnetic fluctuations on shock electron acceleration. In observation, we will examine the shock geometry in type II source region by combining CSRH data with coronal imaging observation with high resolution and magnetic field measurement. The project is aimed to improve our understanding of the exact locations of radio emission with respect to the shock front and mechanisms of complex fine structures observed in type II spectra, and some basic issues in shock electron acceleration.

太阳爆发驱动激波加速的高能电子可产生II型射电暴辐射。II型射电暴是激波的最佳示踪器，在太阳爆发物理研究及空间天气学灾害预警方面均具有重要意义。考虑到背景日冕磁场的空间变化以及真实日冕激波是一大尺度三维结构，在激波面上不同位置及激波传播过程中，激波与上游磁力线的夹角(激波几何位形)都会有很大的改变，这将显著影响电子的加速效率和能谱。本项目提议从数值模拟和观测数据分析两方面研究背景日冕磁场对激波电子加速和II型暴辐射的作用。在模拟上，通过构建非平面日冕激波和大尺度日冕磁场的数值模型，利用试验粒子方法研究复杂激波位形和大尺度磁场非均匀性对电子加速过程的影响；在观测上，使用包括我国射电日像仪CSRH在内的射电成像数据，联合高分辨日冕观测和磁场数据，探究II型暴辐射源区的激波几何位形。本项目将推动对II型暴的辐射源区性质和复杂频谱结构产生机制及激波电子加速有效区域等基本问题的解决。

日冕中存在冕流和冕环等大尺度闭合磁场结构，这将影响日冕激波位形即在不同位置处是垂直激波还是平行激波，进而影响粒子加速的效率。项目提议从数值模拟和观测数据分析两方面研究日冕磁场对激波电子加速和II型射电暴辐射的作用。在模拟方面，通过构建非平面日冕激波的粒子加速数值模型，研究了大尺度背景日冕磁场对激波电子加速过程的影响。计算表明大尺度激波-磁场位型，尤其是激波面与磁力线的相对曲率大小，是决定电子加速效率和高能电子空间分布的一个重要因素；当激波和闭合磁力线形成一种磁塌缩结构时，可明显提高电子的加速效率。在观测方面，结合射电和极紫外成像等多波段观测数据，分析了II型射电暴辐射源区的性质，发现射电源区初始位于日冕激波的一侧，而后转移到激波的鼻端。此外，项目还在日冕磁场对产生极端太阳高能粒子事件的影响、不同类型太阳射电暴（包括N型、I型、尖峰辐射等）的多波段观测分析等方面开展了研究。