近期，紫金山天文臺的日球射電研究課題組利用帕克太陽(yáng)探針（PSP）上射電頻譜儀的抵近太陽(yáng)觀(guān)測資料，發(fā)現一類(lèi)明顯不同于II型和III型射電暴的新型太陽(yáng)射電暴—“太陽(yáng)孤波輻射”。這類(lèi)新型的小尺度太陽(yáng)孤波輻射的發(fā)現不僅是太陽(yáng)射電研究領(lǐng)域內的重大進(jìn)展，也為進(jìn)一步深入研究日冕加熱和太陽(yáng)風(fēng)加速，尤其是太陽(yáng)大氣磁等離子體活動(dòng)在粒子動(dòng)力學(xué)尺度上的“元過(guò)程”提供了一個(gè)有力的新型探測診斷手段。相關(guān)成果已發(fā)表在國際天文學(xué)期刊《天體物理雜志（The Astrophysical Journal）》上。

　　太陽(yáng)風(fēng)加速和日冕加熱一直是太陽(yáng)物理領(lǐng)域里的重大難題，主要困難在于針對高溫稀薄且完全電離的日冕等離子體，尤其是在粒子動(dòng)力學(xué)尺度上的等離子體集體相互作用“元過(guò)程”，缺乏有效的天體物理診斷手段。依據輻射動(dòng)力學(xué)譜，太陽(yáng)射電輻射可以分成許多不同的類(lèi)型，反映了輻射源區在大氣環(huán)境和物理機制上的不同。例如，以快速頻率漂移為特征（相對頻漂率大于每秒10%）的 型射電暴主要由伴隨耀斑活動(dòng)產(chǎn)生的高能電子束直接激發(fā)產(chǎn)生；由日冕物質(zhì)拋射驅動(dòng)激波的II型射電暴具有相對較慢的頻率漂移（相對頻漂率小于每秒1%）；而與太陽(yáng)活動(dòng)區黑子磁場(chǎng)有關(guān)的I型射電暴的動(dòng)力學(xué)譜則幾乎不呈現頻率漂移。因此，不同類(lèi)型太陽(yáng)射電輻射的研究不僅對揭示輻射機制具有重要的科學(xué)意義，而且也為不同環(huán)境下的各類(lèi)太陽(yáng)活動(dòng)現象和動(dòng)力學(xué)過(guò)程的研究提供有效的觀(guān)測診斷手段。

　　課題組科研人員基于PSP在距離太陽(yáng)大約1/6個(gè)AU處的觀(guān)測資料，分析發(fā)現在一個(gè)開(kāi)放的低密度磁通道內存在大量小尺度弱射電輻射源（圖1）。這些小尺度輻射源的持續時(shí)間為分鐘量級，輻射頻率變化范圍從~10 MHz向低頻漂移到~0.1 MHz，輻射強度相對微弱以至在1 AU處已經(jīng)衰減到目前衛星天線(xiàn)的探測靈敏度之下。特別是，它們的動(dòng)力學(xué)譜特征呈現強演化的特征，其相對頻漂率從高頻端的大于每秒1%減小到低頻端的小于每秒1%（圖2）。結合普遍采用的太陽(yáng)大氣模型對這類(lèi)新型射電暴的輻射機制和動(dòng)力學(xué)演化行為進(jìn)行了進(jìn)一步的深入分析，結果顯示，這類(lèi)新型小尺度射電暴的輻射源區主要位于1.1到6.1個(gè)太陽(yáng)半徑的高日冕區，屬于日冕向太陽(yáng)風(fēng)的過(guò)渡區，也是典型的太陽(yáng)風(fēng)加速區。而且，在這一區域內易產(chǎn)生的動(dòng)力學(xué)阿爾文孤波及其捕獲的加速電子的回旋脈澤輻射能夠自洽一致地解釋這類(lèi)新型小尺度射電暴的輻射機制及其動(dòng)力學(xué)譜的強演化行為，因而稱(chēng)之為“太陽(yáng)孤波輻射”。太陽(yáng)孤波輻射是源自太陽(yáng)風(fēng)加速區的新型太陽(yáng)射電輻射，它的發(fā)現是太陽(yáng)射電研究領(lǐng)域里的重大進(jìn)展，不僅進(jìn)一步豐富了太陽(yáng)射電輻射的類(lèi)型，也為日冕加熱和太陽(yáng)風(fēng)加速，尤其是日冕等離子體活動(dòng)“元過(guò)程”的研究提供了一種新型的物理診斷途徑。

　　該項研究由紫金山天文臺陳玲副研究員主持完成，博士后馬兵參與了觀(guān)測資料的分析處理等主要研究工作，并得到了中國科學(xué)院先導B項目和國家自然科學(xué)基金項目的支持。

　　論文鏈接：https://doi.org/10.3847/1538-4357/ad0e65。

圖1. PSP 在2019 年4月1—9日在大約36個(gè)太陽(yáng)半徑處觀(guān)測到的低密度磁通道（黃色標記區域：08:08:34 UT on 2019 April 3 and 13:17:09 UT on 2019 April 6），其中(a)為射電功率譜密度；(b)為磁場(chǎng)強度；(c)為磁場(chǎng)的3個(gè)分量；(d)為太陽(yáng)風(fēng)速度；(e)為太陽(yáng)風(fēng)速度的3個(gè)分量；(f)為等離子體密度；(g)為等離子體溫度；(h)為PSP的日心距離。

圖2. PSP在穿越圖1中低密度磁通道期間觀(guān)測到的太陽(yáng)孤波輻射事件，其中(a)、(b)、(c)為1 AU處的WIND衛星(c)和歐洲LOFAR地面射電陣(a)與PSP衛星(b)同時(shí)都有觀(guān)測的兩段射電功率譜密度對比；(d)為PSP觀(guān)測到的385個(gè)太陽(yáng)孤波輻射事件的起始頻率fst (紅色圓點(diǎn))和終止頻率flo (藍色圓點(diǎn))，以及PSP實(shí)地測量的等離子體頻率fpe (黑色曲線(xiàn))；(e)為圖(b)中事件5的最大功率譜密度（粉色圓點(diǎn)）及其隨頻率變化的擬合曲線(xiàn) (黑色曲線(xiàn))；(f)為(b)中標記的7個(gè)事件的相對頻漂率隨頻率的變化。