日冕电子加速的诊断—多频射电高时间分辨率观测结果

一个太阳耀斑约含数千个微耀斑［１］，每个微耀斑以热的，低频波和加速粒子的形式释放能量。耀斑期间大部分能量的释放是通过电子加速转移的结果，然而电子加速是在耀斑前相开始，并在整个耀斑持续期间继续保持。在耀斑发展的不同相期间伴有各种各样的射电辐射现象（及其它波段共生现象），多波段射电观测和比较可以给出有关电子加速过程和耀斑自身发展的重要信息，尤其可检测加速开始的时间和频率部位（目前仍为太阳物理的前沿）。微耀斑能量的瞬时释放可能是引起不同类型快速精细结构的原因，射电毫秒级尖峰辐射是起因于连续能量释放的证据，其辐射源位于或靠近能量释放区［２］，公认射电辐射的快速结构是日冕电子束的特征信号［３，４］，所以今后使用高时间和高频率分辨率的宽带频谱仪同时观测可详细地探测加速过程，从而对预耀斑的加热和初始能量释放，耀斑的逐步建立和演化都具有重要意义。本文介绍几个典型事件，包括射电尖峰脉冲辐射，类尖峰辐射和短时标漂移结构     

太阳AR7646、7647活动区黑子磁场和新的射电微耀斑爆发

１９９４年１月５日日面上产生的１次１Ｎ／Ｍ１．０耀斑爆发，射电１．４２ＧＨｚ高时间分辨率观测也同时接收到，在小爆发过程里伴有５３个脉冲信号叠加在连续辐射背景上，是很罕见的现象。在ＡＲ７６４６的黑子前导区域，５日有２处新浮的小黑子对，磁场分别成细小磁流管平行和交又状态，是产生爆发的根源；脉冲信号是微耀斑在射电方面的瞬时辐射现象，由耀斑连续产生微能量释放而出现，单个的能量释放为（０．３—３．３）×１０１０焦耳。在能量释放过程里，非热电子加速起到重要作用。     

1989年8月17日太阳射电尖峰事件的准周期脉动及EFB分析

本文分析了云南天文台１０ｍ射电望远镜在２ｌｃｍ波段上观测到的一次尖峰辐射事件，这次事件发生在５６２９活动区（Ｓ１６Ｗ１０９），它伴随了Ｘ２·９／ＳＦ耀斑及边缘耀斑环，并且有质子流量的上升和一次罕见的地磁场突然反相脉冲与之对应．我们从耀斑环的Ｈβ照片可以看出，在尖峰辐射发生前，原先存在的耀斑环的顶部开始变亮，而尖峰开始后环顶亮度达到极大，说明这次尖峰辐射与耀斑环顶部增亮有关，辐射很可能来自环顶．从尖峰事件的时间轮廓得到的ＦＦＴ功率谱表明存在１５０ｍｓ的准周期脉动．按照Ｍｃｌｅａｎ等人的模型，即脉动是由俘获在磁通管内的电子的径向振荡引起，可以推断，这次尖峰辐射与Ｆｅｒｍｉ机制激发快速电子有关，且尖峰的发生需要被俘获的电子．此外，我们将这次尖峰事件分解为几百个元耀斑爆发（ＥＦＢ），并且讨论了这些ＥＦＢ的性质．     

四频率太阳射电高时间分辨率观测特征：微耀斑能量释放的证据

作为微耀斑能量释放的证据，本文扼要介绍了云南天文台“四频率太阳射电高时间分辨率同步观测系统”（１．４２，２．１３，２．８４和４．２６ＧＨｚ）１９８９年１２月－１９９３年４月的观测事例，包含低强度的毫秒尖峰辐射（ｍｓｓｐｉｋｅ），类尖峰辐射（ｓｐｉｋｅ－ｌｉｋｅ），快速脉动现象，两种新的快速精细结构──微波Ⅲ型爆和微波类斑点结构．统计了快速精细结构的寿命，在统计基础上分别以实例描述了各类现象的观测特征．     

太阳耀斑光谱诊断和辐射动力学过程研究

太阳耀斑是太阳大气中最为剧烈的活动现象之一,涉及到很多复杂的物理过程,包括快速的能量释放、等离子体的不稳定性、高能粒子的加速和传播、耀斑大气辐射和动力学变化、物质的运动和抛射现象等.     

太阳耀斑大气动力学的观测和模拟

<正>太阳耀斑是发生在太阳大气中的一种剧烈的活动现象,发生的时标约为几分钟到几十分钟.耀斑过程涉及能量释放、等离子体加热、粒子加速、物质运动、波动等现象.耀斑爆发能够释放出大量的能量,所发出的辐射基本覆盖了电磁波的所有波段.耀斑发生通常还会伴随日冕物质抛射(CME),从而对空间和地球环境造成影响.目前我们对耀斑过程的理解还很不足(定量方面),其中的一些关键问题仍待解决,包括:耀斑能量     

两个相邻活动区中的相应耀斑

本文描述ＮＯＡＡ６２３３活动区中的一组双带耀斑及和与之有时间相关性的ＮＯＡＡ６２４０中的单带耀斑的磁场位形．并着重讨论由观测推断出的磁场拓扑联接性．分析表明：三个单耀斑发生在正极磁区里，与发生在δ黑子区中的双带耀斑，可能有远距离磁环相联系．这一高位磁环与δ黑子中的低位剪切磁环柑互作用，可能是能发双带耀斑的直接原因．在双带耀斑能量初始释放中被加速的电子，可能是沿着高位磁环或磁拓扑分界面（ＮＯＡＡ ６２４０与ＮＯＡＡ６２３３间）传播，并导致ＮＯＡＡ６２４０中的单带耀斑．因此这些单带耀斑都可能是双带耀斑的相应耀斑．     

紫金山天文台太阳射电频谱仪定标

定标是射电天文观测中基础而重要的工作.定标工作可以得到太阳观测中的一个重要物理量:太阳射电辐射流量,可以扣除射电频谱仪的通道不均匀性,清晰显示射电频谱特征.结合紫金山天文台射电频谱仪的观测数据,详细介绍了定标的基本方法,分析了定标常数的变化情况,最后给出了定标结果,并与野边山射电偏振计以及RHESSI(The Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager)卫星硬X射线波段的几个太阳耀斑的观测结果进行了比较,结果符合耀斑的光变特征.其中对一个耀斑脉冲相硬X射线流量和微波光变的相关性的分析表明这些观测可以用来研究有关的辐射机制以及相应的能量释放和粒子加速过程.     

周期性撕裂模的加速机制与射电尖峰的时间尺度

本文讨论了经典撕裂模理论的局限性,提出在考虑撕裂模的周期振荡后,其感应电场的大小及时空尺度均能满足太阳耀斑中的毫秒级射电尖峰所提供的高能粒子的信息,从而给耀斑粒子的一次加速提出了一种可能的机制。另一方面,撕裂模的周期与单个尖峰的宽度可对应,而撕裂模指数增长的特征时间又恰好与射电尖峰群的典型宽度具有同一量级,因此,快速尖峰辐射的时间结构很可能是由高能粒子流即加速电场本身的准周期性所决定。     

同步辐射瑞利-金斯波场对高能电子加速

由分析可知，在光学厚的介质中麦氏分布的极端相对论电子在磁场中能产生同步加速辐射，其辐射谱为瑞利—金斯谱．基于Fokker-Planck方程，这种波场对快电子的加速将产生幂律分布的电子能谱．考虑到日冕活动区的物理条件，在太阳耀斑中观测到的10Mev左右的电子能谱很可能就是由同步加速辐射加速快电子产生的．     

相对论电子的物理效应及其在高能天体中的应用

本文对相对论电子的辐射性质、能谱演化和加速机制等进行了简要的介绍。同时，对相对论电子在高能天体中的辐射作用和特性进行了简要的综述。本文给出了相对论电子在Blazar天体的射电辐射机制、光变机制、BL Lac天体的辐射机制以及γ暴的辐射机制等方面的应用研究成果。1、提出了相对论电子的光学薄同步辐射模型：解释Blazar天体的射电平谱：Blazar中心体的剧烈活动，使射电辐射区处于等离子体湍动状态，其中的相对论电子在湍动等离子体波的二交费米加速、激波加速、辐射损失、粒子逃逸和辐射区的绝热减速等物理过程作用下，形成较平的能谱，产生射电平谱。2、提出了新的Blazar天体光变模型：当Blazar天体爆发时，中心天体产生大量的相对论电子，注入喷流中；相对论电子产生同步辐射，并不断损失能量和逃逸辐射区，使它们的能谱快速变化，引起辐射发生快速光变。3、给出了BL Lac天体的等离子体反应堆模型：大量相对论电子从中心天体注入周围的等离子体反应堆中，通过同步辐射快速损失能量，同时这些电子同步吸收反应堆中不透明的光子，产生一个稳定、各向同性的幂律分布，其谱指数为γ＝3；然后，这些相对论电子通过等离子体反应堆的爆发或其表面扩散过程逃逸出来，辐射低频的同步辐射。模型解释了BL Lac天体的高频辐射表现出快速的谱变化性质，即流量减小时谱变陡。4、提出了相对论电子的内激波加速模型，解释γ暴的尖峰光变特性：在γ暴产生的相对论运动的壳层中，有内激波产生；激波在壳层中传播，耗散壳层的运动能，使其中的部分电子加速成为相对论电子。然后，这些电子通过同步辐射产生观测到的γ辐射。模型认为，γ暴中的每个尖峰辐射是一对内激波加速相对论电子的辐射过程，复杂的γ暴光变曲线是多对内激波辐射过程的叠加。     

一种新型的太阳X射线耀斑

本文讨论了一种新型的太阳X射线耀斑.这种耀斑具有以下特征:一个耀斑X射线爆发含有三个相位,在每一个相位中无论X射线辐射的性质,还是X射线源的位置都明显不同.在初相,X射线辐射显示脉冲性,在末相,脉冲性则被缓变性所战胜.在耀斑发展中X射线源慢慢上升,并且自始至终连续释放能量.我们分析了这些特征并对产生这类X射线耀斑的动力学过程提出了看法.     

太阳耀斑非热电子动力学研究

主要讨论太阳耀斑过程中非热电子动力学过程的理论模型以及在硬X射线和射电波段的观测特征。现在广为接受的非热电子动力学过程的模型是"俘获+沉降"模型,由电子的加速、注入、沉降、俘获及能量损失5个部分组成。射电和硬X射线爆发是非热电子在输运过程中与磁场、背景等离子体及其产生的波等相互作用的产物,是非热电子动力学过程的即时反映。通过分析射电和硬X射线辐射的流量、谱和成像特征,可以研究非热电子的空间分布和时间演化,研究非热电子输运过程中发生的碰撞、辐射、散射、波-波、波-粒相互作用等物理过程,研究耀斑磁场、背景等离子体特征,进而为太阳耀斑的磁场结构、太阳大气分布、磁重联模型的研究提供理论和观测依据。     

准开放磁场线区域模型

为了解释日冕中高能电子束和太阳耀斑中的快速过程,本文提出在活动区双极黑子上空存在一个准开放磁场线区域的定性模型。如图1所示,准开放磁场线区域被确定在开放磁场线下面和耀斑环顶部之间。 由于那里的快速磁重联或撕裂、爆炸式的能量释放引起了区域性的等离子体加速。那些被加速到10—100keV的高能电子束沿着开放的磁场线从太阳大气等离子体逃逸到行星际等离子体中。在每个连续的高度上将产生朗缪尔波等离子体辐射。朗缪尔波同低     

太阳射电IV型爆发及伴随现象与白光耀斑的关系

通过1991年6月6日共生太阳白光耀斑（WLF）的射电运动IV型爆发及其伴随现象（包括耀斑后环、爆发衰减相的射电脉动、多波段射电辐射和太阳物质抛射等）观测资料的分析,定性地探讨了WLF的起源、加热机制和发射地点的问题．假设了WLF和射电运动IV型射电爆发可能有共同起源的低日冕电子加速区,讨论了WLF的能量传输可能是通过二步加速过程,即来自低日冕的非热电子沉降能量于色球层,产生色球层的压缩波或向下的辐射场进而使上光球层温度增加导致WLF此外,提出WLF可能会伴有耀斑后环和射电精细结构的对应物．     

伽玛射线耀斑物理及观测

本文简要回顾了ＳＭＭ／ＧＲＳ对耀斑伽玛射线的观测，并就耀斑伽玛射线的产生，伽玛射线发射的时间结构及解释，高能粒子的能谱及作用模型，高能辐射的方向性及粒子的加速机制，加速粒子的元素丰富度以及电子占优事件的性质等方面，简述了目前的研究状况。     

冕环与太阳耀斑的形成

本文讨论近年来在通过冕环相互作用而形成太阳耀斑的研究上所取得的进展。在观测上,无论在射电波段,或者X射线和光学波段的观测都提供了一些可靠的证据,说明耀斑冕环的相互作用可能导致耀斑的产生。在理论上,等离子体环的相互作用所引起的结合不稳定性将触发耀斑,释放大量的能量以产生观测到的各种辐射特性。     

叠加在微波Ⅳμ型大爆发上的尖峰辐射

本概述了１９８８年１２月１６日特大微波Ⅳμ型爆发的观测特征，以及由ＭＨＤ调制磁流管的磁场强度产生准周期振荡，一部分高能电子被磁场俘获，作同步加速回旋辐射，产生微微汉Ⅳμ型爆发，另一部分高能电子以一定入射角喷注在磁拱上，形成螺距角各向异性的空心束分布，从而激发出电子回旋脉泽辐射（ＥＣＭ），它们的垂直分量的能量便产生了尖峰辐射，叠加在Ⅳμ型爆发之上，结合怀柔的太阳磁场图，采用双极磁场模型，作出了定理     

21cm波段太阳爆发中的精细结构

本文简要介绍了云南天文台新建立的21cm波段快速(不中断采样)记录系统,及使用该系统观测到的快速尖峰事件。系统得到的太阳分米波段爆发中不同时间尺度的精细结构与Stu-rroch等提出的太阳耀斑中能量释放的模式相一致。     

米波Ⅲ型漂移对爆发的特征分析

分析了云南天文台声光频谱仪在22周峰年期间观测到的6个具有双向频率漂移的米波Ⅲ型爆发对。这些事件分别揭示了在正向和反向漂称爆发之间的界面频率在244－272MHz之间；频率漂移率在32－198MHz/s之间；寿命为1．1－3．4s；带宽在43－70MHz之间；与Hα8耀斑相关为100％，其中33％的爆发发生在Hα耀斑的初始时刻，这说明它们与磁重联初始能量释放有关；50％的爆发与X射线对应。从观测特征出发，讨论了它们可能的辐射机制。