阿尔文波对太阳和行星际空间射电辐射过程的影响

Alfvén wave is the most common phenomenon of electromagnetic disturbance in solar and interplanetary space, and electron cyclotron maser emission (ECME) is one of the most important emission mechanisms contributing to the radio emissions from the space. The study of radio emission processes with Alfvén waves is a leading-edge research topic proposed recently. Based on observations of the radio emissions and the data related to Alfvén waves detected in situ by satellites, this project plans to first study in depth the effects of Alfvén waves on ECME mechanism with various plasma environments, then discuss the emission processes of some radio phenomena and try to diagnose the parameters of emission source regions by establishing models. The feature of this project is that Alfvén waves are introduced and their possible roles are investigated in emission processes. This project should be helpful for us to improve the theory of ECME and reveal the relevant microphysical mechanisms in radio phenomena. It also will present a more suitable theoretical model for radio diagnostics of plasmas of solar and interplanetary space.

阿尔文波是太阳和行星际空间中最普遍的电磁扰动现象，同时电子回旋脉泽辐射是导致太阳和行星际空间射电辐射现象最重要的物理机制之一，将阿尔文波和射电辐射过程结合在一起研究，是近几年才被提出和发展的前沿课题。本项目计划以电子回旋脉泽过程研究为主线，结合太阳与行星际空间射电辐射现象的观测分析和阿尔文波扰动状态的卫星实地探测资料，系统深入地研究各种不同等离子体环境下阿尔文波对电子回旋脉泽辐射机制的影响；基于理论结果与观测资料的对比分析，探讨某些射电现象的辐射过程；构建合适的物理模型，尝试诊断辐射源区的物理参数。主要的创新与特色是在射电辐射过程中引入阿尔文波，分析阿尔文波在太阳和行星际空间射电辐射过程中可能扮演的角色。该项目可进一步完善电子回旋脉泽辐射理论，揭示观测现象背后的微观物理机制，为太阳和行星际空间等离子体诊断提供更加合适的理论基础。

电子回旋脉泽辐射机制是最重要的相干辐射机制之一，在解释天体射电现象中有着广泛的应用。本项目首先致力于电子回旋脉泽辐射机制研究，给出在不同阿尔文波强度、不同等离子体参数、不同电子分布类型下该机制的辐射特性，并将研究结果应用于太阳和空间射电现象中。主要研究成果包括：（1）深入研究阿尔文波作用下的电子回旋脉泽，定量给出了各种参数下回旋脉泽产生正常模辐射的阿尔文波条件；（2）提出一种可与观测对比的多功能幂律谱电子分布模型，实现了对比不同电子分布类型所驱动的回旋脉泽辐射；（3）指出电子束流动量是决定脉泽辐射偏振态的重要参数，定量给出了脉泽辐射发生偏振反转时所对应的束流动量；（4）证实电子洞结构可有效驱动回旋脉泽，进而提出产生太阳微波尖峰辐射以及地球千米波精细结构的新机制。. 另一方面，本项目也对行星际空间中低频波扰动的卫星实地探测资料开展了大量分析，并取得系列研究成果。包括（1）开发了一套自动识别电磁回旋波的计算机程序；（2）鉴定了行星际空间中120个磁云，分析了7807个和磁云相关的低频电磁回旋波事件，得出磁云附近是重要波源，而当地等离子体beta值在决定波特性中扮演着突出角色的结论；（3）基于STEREO卫星7年数据，收集并统计分析了82809个电磁回旋波事件，同时发现了少量alpha粒子对低频波激发过程产生重要影响的观测证据；（4）基于Wind卫星11年数据，证实质子温度各向异性和alpha粒子束流是导致波发生的关键因素，进而给出了行星际空间中低频波的动理学产生机制。. 本项目研究成果进一步完善了电子回旋脉泽辐射理论，同时提高了我们对低频波的认知水平，为将来深入探讨低频波对电子回旋脉泽的影响以及建立起利用电子回旋脉泽机制诊断辐射源区物理参数的模型打下了理论和观测基础。目前发表SCI论文12篇，其中第一标注论文9篇，且大多发表在国际著名期刊ApJ、ApJL、JGR上，很好地完成了预期目标和任务。