Yaochen的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/Yaochen

博文

电子于围城之呐喊---太阳射电IV型暴 精选

已有 5284 次阅读 2018-10-26 21:21 |系统分类:科研笔记

      “上穷碧落下黄泉、两处茫茫皆不见”。

这是我国地球科学和空间科学的主要开拓者----赵九章先生在形象比喻地球和空间科学研究对象时所使用的诗句1。在没有探测设备的情况下,日地空间是渺不可见的,深海深地亦是如此。

今天是赵先生不幸逝世50周年。刚好昨日与今晨,各收到一篇文章的接收函件。两篇文章分别由组内的乌克兰籍和印度籍研究人员打头完成。印度兄弟打头的文章,我卷入甚多,直接参与程度很高,也积聚了较深刻的科研体会,早欲就之完成一篇工作报告。

早上读到微信圈中转发的科学网博主吕建华转载的巢纪平先生“将军一去五十载”的赵先生纪念文章2,引用了赵先生常吟诵的“日暮途远,人间何世;将军一去,大树飘零;壮士不还,寒风萧瑟。”之词句,心中顿生悲壮伤感,屡屡抚之不去。

赵先生是我博士生导师的导师,是正统的祖师爷。我常引之为傲,自然亦作为奋斗的动力源泉,也曾告诫学生“系出名门”,当勤学上进追求卓越!

今早接到文章接收函件之后,便起意今日完成科普报告,以能借机表达哀思。

这篇工作是研究太阳的。研究的手段是分析地面和空间中源于太阳的电磁辐射数据。对象是一类所谓运动射电IV型暴。我们简短截说,不再叙述射电家族的趣闻轶事。对于运动IV型暴,一般都认为源自困于源区结构中的高能电子,是电子于围城中显示自我存在的信号,是不想被围困的高能电子的呐喊!

此项研究的妙处就在于用了多个波段太阳观测数据,联合来分析。不同波段提供不同的信息,各司其职又相互补充。主要涉及的波段有极紫外(EUV)辐射,还有就是射电无线电波段了。前者只能从卫星上观测,而后者可在地面上观测。前者的信息主要是日冕结构的形态、成份、密度和温度等;而后者,也就是射电辐射,则携带了不少电子和辐射源区的物理信息。

天文学研究的核心手段与任务就是截获源区天体和空间的辐射信息(电磁波),结合物理模型认知,来解译天体和空间的参数和过程。而理解有关的辐射机制或者影响辐射的机理便是完成这一任务的关键环节。这里,对于太阳射电辐射的研究,也同样如此。

太阳射电辐射(无线电波)多由电子发出。这是由于电子体态轻盈、身手敏捷(相对于离子而言),易于被力加速或减速而辐射电磁波;也由于电子的高速运动而容易激发相对较高频率的介质(注:等离子体)中的电磁扰动。这一简单解释其实已给出了两大类辐射机制,一类是基于单电子加速运动产生的辐射,称为非相干(注:各干各的)辐射;另一类是基于电子运动对等离子体的扰动而激发起来的电磁辐射,这一扰动必定有诸多粒子同时参与,称为相干(注:一起上)辐射。

研究运动IV型暴辐射机理的人员,正是在上述两大类辐射机制间纠结着。文献中各执一词,有不少争论。设法探知源区的信息自然对于辐射机制的分析研究至关重要。此项研究的妙处,刚刚说了半截,就在于利用互补的多波段数据获取不同方面的源区信息,从而为辐射机理研究提供观测约束。

EUV数据,我们推测出源区的密度很高、温度也很高。前者是令人惊讶的,以往有些猜测;而后者则是新的观测发现。高的源区密度,即令人惊讶又会让人觉得还好、正常。这是因为,与平静时的日冕密度数值相比,这一密度要高十到几十倍,多少令人有些吃惊;从EUV图像来看,运动IV型暴对应于高密度的爆发结构,源区密度高难道不是很正常吗?然而,也正是这一观测,结合其它源区特征,为辐射机制分析提供了关键线索。

figure1-IVms.png

左图为本工作分析的太阳运动IV型暴事件的动态频谱图;右图为将爆发过程的EUV波段图像和不同频率射电暴源区强度等值线叠加在一起的复合图。


我们将所得密度参数代入由电子围绕磁场迴旋运动而产生的非相干“迴旋同步”辐射模型之中,发现在可以接受的磁场强度下,这一模型无法拟合观测到的辐射特征。因此,大概可以排除这一机制。对于另一类相干辐射机制,多与被困电子的速度分布有关。电子能量是很高的,磁场也不是无缝的,有围困便有逃逸。逃逸多了,便会形成损失类型的电子分布。这种分布是不稳定的,会导致等离子体的波动振荡,从而激发出相应频率的电磁波来。以往有些研究,而此处新发现的源区的高温特征,则为辐射机理研究又提供了新的线索。这样,相比之下,相干辐射机制更有希望解释此处观测到的射电暴。

此项研究的一个意外收获是,基于运动IV型暴观测,可填补在内冕以EUV为主的数据和外冕以白光为主的数据之间的空白区域。在内冕(1-1.2 Rs),星载EUV成像仪是日冕物质抛射的主要观测设备;而在外冕(2- Rs),星载白光日冕仪是主要的观测手段。目前而言,在日地连线上,二者之间还是观测的空白(对于星载设备而言,地基设备受时区天气等影响较大)。而频段合适的运动IV型暴可填补空白,并能提供独特的观测信息,即围困高能电子的磁场结构(即电子围城)的所在和传播。这自然是重要的。另外,在上述空白区域,物质抛射的结构和形态会经历显著的演化,数据空白导致这些演化无法连续追踪,无法判断EUV和白光结构体中不同子结构的相互对应性。射电IV型暴则提供了一种推断这种对应性的手段。基于这一认识,在文章之中我们也做了适当发挥。

这一研究,我虽倾注了很多精力,然仍历时两年有余,方有今日,值得立文纪念。逢赵先生周年忌日,哀思中亦可有些慰藉

----------------------------------------------------------------------------------

注:上文中没有很好破题,懒得改动了,补充如下。

“围城”一词源自钱钟书先生的著作:“被围困的城堡,城外的人想冲进去,城里的人想逃出来”。此处借用该词来形容被磁结构束缚电子的处境。磁结构好比一座围城,外面的电子很难进入,因为电子多是沿磁力线迴旋运动,很难跨越磁力线运动;而里面的电子想出去,只有满足一定条件时才能逃逸。整体来看,外面的电子只是观望;大概相对而言,里面的电子是更想出去的,因为里面的电子会激发不稳定性,使得一开始没有机会逃逸的电子会被散射出去。当然,用“围城”与“呐喊”二词,也大概与心境(非指个人生活)相符。

-----------------------------------------------------------------------------------

 

                                                                                                                                     陈耀于20181026日威海家中

1. 唤醒尘封的记忆(24) ---- 回忆恩师赵九章 (胡友秋)

2. 科学网博主吕建华转载的巢纪平先生“将军一去五十载”之赵先生纪念文章

   (http://blog.sciencenet.cn/blog-3360191-1142796.html

 



http://blog.sciencenet.cn/blog-685476-1142976.html

上一篇:活动区劈腿 --- 太阳活动区间环的形成与增亮
下一篇:研究院“管理服务团组”建设构想和规划

2 黄永义 李振乾

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (6 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备14006957 )

GMT+8, 2019-10-14 12:46

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部