基于微波观测的临边耀斑爆发和日冕磁场诊断研究

Solar flares are the most powerful magnetic events in the solar system. During flares there are usually microwave burst generated by gyro-synchrotron, that is, energetic electrons spiraling in a magnetic field. The microwave emission is then the indicator of local magnetic morphology and energetic electrons. In this proposal, we will focus on the initial dynamic process of limb solar eruption (flare-CME). The microwave observation (image, polarization, spectrum etc.) associated with HXR and EUV data will be used to investigate the reorganization and heating process of the corona structures in the solar bursts. We aim to find out the acceleration position of energetic electrons and the microwave property of hot-channels. Furthermore, based on microwave imaging and gyro-synchrotron, as well as plasma parameters constrained by multi-wavelength observations, we will diagnose the corona magnetic field in the flaring region. We aim to study the magnetic distribution and estimate the energy released in the flare. In this proposal, we will develop and improve the utility of microwave observation in flare study.

耀斑爆发是太阳系最剧烈的能量（主要源自日冕磁场）释放过程，可加速产生大量高能电子。这些高能电子在磁场中的回旋运动产生回旋同步辐射，位于微波频段（1-100 GHz）。因此，太阳微波暴观测可以提供耀斑区磁场、高能电子等方面的物理信息。本项目聚焦于临边耀斑-CME事件，关注在上升和峰值相期间爆发结构的演化过程，重点分析耀斑区微波观测特征，结合HXR、EUV数据，探讨爆发过程日冕结构的重组、加热等动力学过程，着重研究耀斑重联电子加速区及爆发结构的微波辐射性质；进一步，采用微波成像、偏振和频谱观测数据，结合多波段观测限定耀斑区等离子体物理参数，基于Ramaty回旋同步辐射机制，反推临边耀斑区的磁场强度及其随时间的变化，尝试估算耀斑期间磁能释放的数额。本项目争取利用微波数据在临边耀斑电子加速与辐射源区的位置及其演化、重联区磁场诊断与磁能释放估算等方面取得进展。

耀斑期间的微波爆发主要产生于耀斑加速产生的高能粒子绕磁力线做回旋运动的回旋同步辐射，对其的观测与研究将有益于获取耀斑区磁场、高能电子加速等物理信息。项目提议从观测和数值模型两方面分析微波暴在耀斑演化和耀斑区物理参数研究中的作用。在观测方面，针对典型爆发事件，利用微波、HXR及EUV等多波段观测分析，重构耀斑爆发物理图景：对一例约束耀斑期间的磁能释放过程进行了研究，发现首先磁场重联过程释放了巨量能量，随后低日冕爆发结构的磁能耗散导致了后续的加热过程；研究了耀斑区X射线辐射的高能硬化特征，我们认为该观测可能来源于耀斑加速电子本身具有高能硬化特征。在数值模拟方面，基于Ramaty回旋同步辐射模型，计算不同日冕磁场、等离子体环境下的微波辐射特征，可有效解释观测中出现的高频硬化谱等异常微波谱。此外，项目还在微波爆发判断、观测设备研发等方面开展了研究。