重大突破

　　近期，紫金山天文台的日球射电研究课题组利用帕克太阳探针（PSP）上射电频谱仪的抵近太阳观测资料，发现一类明显不同于II型和III型射电暴的新型太阳射电暴—“太阳孤波辐射”。这类新型的小尺度太阳孤波辐射的发现不仅是太阳射电研究领域内的重大进展，也为进一步深入研究日冕加热和太阳风加速，尤其是太阳大气磁等离子体活动在粒子动力学尺度上的“元过程”提供了一个有力的新型探测诊断手段。相关成果已发表在国际天文学期刊《天体物理杂志（The Astrophysical Journal）》上。

　　太阳风加速和日冕加热一直是太阳物理领域里的重大难题，主要困难在于针对高温稀薄且完全电离的日冕等离子体，尤其是在粒子动力学尺度上的等离子体集体相互作用“元过程”，缺乏有效的天体物理诊断手段。依据辐射动力学谱，太阳射电辐射可以分成许多不同的类型，反映了辐射源区在大气环境和物理机制上的不同。例如，以快速频率漂移为特征（相对频漂率大于每秒10%）的 型射电暴主要由伴随耀斑活动产生的高能电子束直接激发产生；由日冕物质抛射驱动激波的II型射电暴具有相对较慢的频率漂移（相对频漂率小于每秒1%）；而与太阳活动区黑子磁场有关的I型射电暴的动力学谱则几乎不呈现频率漂移。因此，不同类型太阳射电辐射的研究不仅对揭示辐射机制具有重要的科学意义，而且也为不同环境下的各类太阳活动现象和动力学过程的研究提供有效的观测诊断手段。

　　课题组科研人员基于PSP在距离太阳大约1/6个AU处的观测资料，分析发现在一个开放的低密度磁通道内存在大量小尺度弱射电辐射源（图1）。这些小尺度辐射源的持续时间为分钟量级，辐射频率变化范围从~10 MHz向低频漂移到~0.1 MHz，辐射强度相对微弱以至在1 AU处已经衰减到目前卫星天线的探测灵敏度之下。特别是，它们的动力学谱特征呈现强演化的特征，其相对频漂率从高频端的大于每秒1%减小到低频端的小于每秒1%（图2）。结合普遍采用的太阳大气模型对这类新型射电暴的辐射机制和动力学演化行为进行了进一步的深入分析，结果显示，这类新型小尺度射电暴的辐射源区主要位于1.1到6.1个太阳半径的高日冕区，属于日冕向太阳风的过渡区，也是典型的太阳风加速区。而且，在这一区域内易产生的动力学阿尔文孤波及其捕获的加速电子的回旋脉泽辐射能够自洽一致地解释这类新型小尺度射电暴的辐射机制及其动力学谱的强演化行为，因而称之为“太阳孤波辐射”。太阳孤波辐射是源自太阳风加速区的新型太阳射电辐射，它的发现是太阳射电研究领域里的重大进展，不仅进一步丰富了太阳射电辐射的类型，也为日冕加热和太阳风加速，尤其是日冕等离子体活动“元过程”的研究提供了一种新型的物理诊断途径。

　　该项研究由紫金山天文台陈玲副研究员主持完成，博士后马兵参与了观测资料的分析处理等主要研究工作，并得到了中国科学院先导B项目和国家自然科学基金项目的支持。

　　论文链接：https://doi.org/10.3847/1538-4357/ad0e65。

图1. PSP 在2019 年4月1—9日在大约36个太阳半径处观测到的低密度磁通道（黄色标记区域：08:08:34 UT on 2019 April 3 and 13:17:09 UT on 2019 April 6），其中(a)为射电功率谱密度；(b)为磁场强度；(c)为磁场的3个分量；(d)为太阳风速度；(e)为太阳风速度的3个分量；(f)为等离子体密度；(g)为等离子体温度；(h)为PSP的日心距离。

图2. PSP在穿越图1中低密度磁通道期间观测到的太阳孤波辐射事件，其中(a)、(b)、(c)为1 AU处的WIND卫星(c)和欧洲LOFAR地面射电阵(a)与PSP卫星(b)同时都有观测的两段射电功率谱密度对比；(d)为PSP观测到的385个太阳孤波辐射事件的起始频率fst (红色圆点)和终止频率flo (蓝色圆点)，以及PSP实地测量的等离子体频率fpe (黑色曲线)；(e)为图(b)中事件5的最大功率谱密度（粉色圆点）及其随频率变化的拟合曲线 (黑色曲线)；(f)为(b)中标记的7个事件的相对频漂率随频率的变化。