用网格粒子数值模拟方法研究反向Langmuir波的产生机制

一般认为,Langmuir波(LW)转换为电磁波是太阳Ⅲ型射电爆的产生机制。由电子束流不稳定性可以很容易地激发LW,正向LW和反向LW的相互作用被认为是产生Ⅲ型爆二次谐波的原因,但反向LW的色散方程和产生机制尚未得到充分研究。通过粒子(Particle In Cell,PIC)模拟研究了反向LW的产生机制,发现反向LW不能由电子束流直接激发,其能量基本上是由正向LW散射得到的。然而,电子束流对正向LW的二次谐波有直接放大作用。     

用粒子模拟方法研究离子声波

<正>向传播朗缪尔波被离子声波散射是太阳射电Ⅲ型暴基波和谐波激发的重要过程.使用粒子模拟方法对电子束流激发朗缪尔波的过程进行了模拟,同时对产生的反向朗缪尔波、朗缪尔波2次谐波和朗缪尔波通过非线性过程产生的离子声波的性质进行了分析研究.为了更好地研究离子声波,模拟时单独计算了由离子扰动引起的电场.模拟计算了不同初始参数下产生的离子声波强度,发现离子的温度和质量对离子声波的产生有重要作用,验证了反向朗缪尔波与离子声波的相关性.同时在模拟中验证了朗缪尔波的衰变过程,确认了离子声波对反向朗缪尔波的放大作用.     

反向Langmuir波的研究及与粒子模拟的比较

一般认为，Langmuir波转换为电磁波是太阳射电Ⅲ型暴的重要机制，由电子束流不稳定性可以很容易的激发Langrnuir波。正向Langmuir波和反向Langmuir波的相互作用被认为是产生静电的高次谐波的原因之一。本文对于含有温度的双流不稳定性的方程进行了解析求解，发现了温度和柬流速度分别对于K〉0时Langmuir波色散关系具有显著的影响，进而采用了粒子模拟的方法，进一步证实了解析推导的结果。     

由对偶的Ⅲ型射电爆发观测探讨日冕双向电子束的起源问题

介绍云南和北京天文台射电频谱仪观测到的3个对偶的米波－－微波Ⅲ型爆发，估计了双向电子束起源的频率和高度，3个事件分别揭示了在正向和反向漂移爆发之间的分界频率（约为250，1300和2900MHz),它们指出了一个致密的电子加速源，在这个源中产生了向上和向下两个方向注入的电子束，从这些事例可以表明不同事件的双向电子束的分界频率有一个相当大的范围（250－2900MHz)，而它们的起源范围却是在一个很小的（大约4－100MHz)和不同的频段范围内。最后讨论了日冕磁结构的拓扑范围、电子加速源构造的空间尺度、电子束运动速度和对偶Ⅲ型爆发的产生机制。     

微波Ⅲ型爆发的统计分析

摘要：本文统计分析了国家天文台5．2～7．6GHz频段高时间分辨率频谱仪23周太阳活动峰年期间(1999．8～2002．1)观测到的87个Ⅲ型爆发，对这些事件的频率漂移、半功率持续时间、带宽和偏振及相关事件作了详细分析。认为这些Ⅲ型爆发可能是由非热电子束引起的谐波等离子体辐射和电子回旋脉泽辐射而产生。     

太阳米波和分米波Ⅱ型、Ⅲ型射电暴及其精细结构观测研究进展

太阳米波和分米波的射电观测是对太阳爆发过程中耀斑和日冕物质抛射现象研究的重要观测手段。米波和分米波的太阳射电暴以相干等离子体辐射为主导,表现出在时域和频域的多样性和复杂性。其中Ⅱ型射电暴是激波在日冕中运动引起电磁波辐射的结果。在Ⅱ型射电暴方面,首先对米波Ⅱ型射电暴的激波起源问题和米波Ⅱ型射电暴与行星际Ⅱ型射电暴的关系问题进行了讨论;其次,结合Lin-Forbes太阳爆发理论模型对Ⅱ型射电暴的开始时间和起始频率进行讨论:最后,对Ⅱ型射电暴信号中包含的两种射电精细结构,Herringbone结构(即鱼骨结构)和与激波相关的Ⅲ型射电暴也分别进行了讨论。Ⅲ型射电暴是高能电子束在日冕中运动产生电磁波辐射的结果。在Ⅲ型射电暴方面,首先介绍了利用Ⅲ型射电暴对日冕磁场位形和等离子体密度进行研究的具体方法;其次,对利用Ⅲ型射电暴测量日冕温度的最新理论进行介绍;最后,对Ⅲ型射电暴和Ⅱ型射电暴的时间关系、Ⅲ型射电暴和粒子加速以及Ⅲ型射电暴信号中包含的射电精细结构(例如斑马纹、纤维爆发及尖峰辐射)等问题进行讨论并介绍有关的最新研究进展。     

太阳射电分米波U型暴分析

本文介绍了由捷克Ondˇrejov天文台观测到的 1 992年 8月 2 2日 1 2 :36 :2 6— 1 2 :36 :32UT发生的U型暴 ,U型暴的频率范围为 1 .0— 2 .8GHz,在国际上尚属首例 .从分析得到以下几点结论 :(1 )上下臂的频漂率分别为 1 .2 5和 0 .2 2 5GHz/s,其电子束流的速度分别为 0 .38c和 0 .2 6c ,它是由等离子体二次谐波发射造成的 .(2 )上升臂的爆发衰减时间常数大于下降臂的 .(3)频谱极大频率随时间变化呈现出从高频到低频再到高频的变化 .(4)上升臂的频宽大于下降臂的约一倍左右 ,这与上升臂频漂远大于下降臂的有关 .(5 )从频宽得到上、下臂的速度弥散分别为 (Δvv) a=0 .42和 (Δvv) d=0 .47.     

束－等离子体不稳定性直接放大电磁波及其对太阳Ⅲ型爆的解释

弱磁化相对论电子束注入等离子体时，由非共振波粒相互作用激发的束－等离子体不稳定性可以直接放大电磁波，计算结果表明：在偏离共振条件的区域，电磁波仍可在较宽的频率范围被放大，并在每个共振峰下形成平台结构。随着谐波数的增高，增长率峰值逐渐变小，峰宽也变窄。本文还分析了电磁波的增长率随背景参数ω＿（ｐｅ）／Ω＿ｅ及高能电子的入射方向和辐射方向的变化规律，在典型的日冕条件下，此类不稳定性所放大的电磁波的增长率大小、带宽、方向性、偏振及谐波等性质，可以用来解释太阳Ⅲ型射电爆发现象，本文的研究亦可用来解释其他天体等离子体辐射。     

太阳Ⅱ型射电暴精细结构的观测研究

在太阳射电动态频谱图上,II型暴表现为缓慢频率漂移的窄带信号;这些信号为能量电子激发的等离子体辐射,其基频辐射的频率接近当地等离子体频率.II型暴在太阳暴驱动激波、激波加速产生能量电子以及空间天气预报方面具有重要的研究意义.有些II型暴的频谱形态比较丰富,存在多种精细结构;按照频谱形态和成因大致分为频带分裂、多支、鱼骨...     

太阳运动Ⅳ型射电爆发的相干辐射模型

为解释太阳运动Ⅳ型射电爆发的相干辐射机制提出一个理论模型.从耀斑中产生的高能电子,可以被扩展上升的太阳磁流管俘获.在磁流管顶部,这些高能电子的速度分布形成为类束流速度分布,激发柬流等离子体的不稳定性,并且主要直接放大O模电磁波.不稳定性增长率敏锐地依赖了日冕等离子体参数fpe/fce和射束温度Tb,这能定性解释在太阳运动Ⅳ型射电爆发中观测到的高亮温度和高偏振度,以及宽频谱的特性.     

强磁场中相对论电子系集体的共振逆康普顿散射谱

强磁场中相对论电子的共振逆康普顿散射(RICS)是产生伽玛射线的有效机制.以前的工作曾论证,伽玛暴(GRB)的早期伽玛射线辐射可能主要由该机制产生.利用此辐射机制,伽玛暴研究中的一些困惑有可能得到较好的解释.例如,观测统计给出的"Amati关系"的起源,两段式(折断式)幂律谱的形成,特别是其中"死线问题"的解决方案,还有偏振的存在等.这里将重点讨论折断幂律谱形成问题.基于单个电子的RICS谱功率公式,导出了强磁场中大量相对论电子穿过周边低频辐射场时产生的集体RICS辐射谱(RICS谱光度)的简化解析公式,并将它应用于中子星周边几种典型的低频场(如黑体辐射场、幂律辐射场以及热轫致辐射场),以便与实际观测谱形比较.计算表明:在满足匹配条件(即近似共振条件)下,RICS辐射效率很高,其谱形普遍为两段式的幂律谱形式,与周边低频场性质无关.还论证RICS机制可能是伽玛暴、软伽玛重复暴和伽玛射线脉冲星在高能射线波段(硬X射线和伽玛射线)的一个理想的高效辐射机制.     

恒星初始质量分布函数对伽玛暴爆发率的影响

伽玛射线暴的产生机制比较公认的是:长暴产生于大质量恒星死亡;短暴产生于密近双星合并.因此人们很自然地推测长暴和恒星形成率直接成比例,但是最近数据分析表明这并不能很好地拟合观测.考虑到只有质量大于某一临界质量的大质量恒星才可能产生长暴,因此恒星初始质量分布函数对长暴的产生率会有较大影响.考虑用恒星初始质量分布函数来解释长暴观测个数随红移的分布,得到了比较好的结果.     

太阳运动IV型射电爆发的相干辐射模型

为解释太阳运动IV型射电爆发的相干辐射机制提出一个理论模型．从耀斑中产生的高能电子，可以被扩展上升的太阳磁流管俘获．在磁流管顶部，这些高能电子的速度分布形成为类束流速度分布，激发束流等离子体的不稳定性，并且主要直接放大O模电磁波．不稳定性增长率敏锐地依赖了日冕等离子体参数，fpe／fce和射束温度Tb，这能定性解释在太阳运动IV型射电爆发中观测到的高亮温度和高偏振度，以及宽频谱的特性．     

太阳的微波组合Ⅲ型爆发

微波组合Ⅲ型爆发是指由低频端的微波普通Ⅲ型爆发和同时出现在高频端的微波连续U型爆发构成的组合体。微波连续U型爆发是单个微波U型爆发在同一磁环中的进一步演化的结果,它仍是Ⅲ型爆发的一个次型,因此整个微波组合Ⅲ型爆发也是Ⅲ型爆发的一个次型。微波组合Ⅲ型爆发的辐射源（即高能电子束）来自同一个加速区,只不过在与低日冕区的磁环相互作用中被分离成捕获电子和逃逸电子束,并有不同的运动轨迹,最终同时辐射产生高频端的微波连续U型爆发和低频端的微波普通Ⅲ型爆发.微波组合Ⅲ型爆发的形成与低日冕区的磁环结构密切相关,因而它是微波段的特有现象。     

致密介质中柱状喷流的伽玛射线暴余辉

很多伽玛射线暴应当是产生于极端相对论性的喷流.关于喷流,绝大多数的讨论都是围绕锥状喷流展开.然而有观测发现,一些天体中的喷流在很长距离上始终保持着几乎不变的截面积,即表现为柱状喷流.研究致密介质环境中有侧向膨胀的柱状喷流的余辉,描述其动力学演化和辐射过程,分别得到解析解和数值解,并对两者进行了对比.研究的暴周星际介质是光学厚的,在初始的主暴阶段,喷流辐射出高度准直的高能射线,升华了暴周介质,形成一个在光学波段光学薄的柱状通道.余辉阶段,由于喷流是有侧向膨胀的,观测者只能收集到视觉面积占比例越来越小的光学辐射,理论上可得到衰减极为快速的光变曲线,流量随时间的衰减约为Svα t-p-1(p为电子幂律分布的谱指数).如此迅速的衰减使得光学余辉将难以被观测到,提供了一种对暗伽玛射线暴的解释.     

太阳射电分米波毫秒级尖峰辐射的寿命

太阳射电毫秒级尖峰辐射的寿命随频率增高而减小,长期以来这一直是个令人困惑的问题。本文从与Ⅲ型爆发相关的空心束分布的电子流所激发的回旋同步脉泽角度出发,详细讨论了尖峰辐射的寿命与特征频率比(ξ=ω_P/ω_B)以及波增长率的关系,最后得出:在分米波的不同波段,尖峰辐射是X模的不同次谐波,且寿命随频率增高发生相关的减小。     

由束流不稳定性直接激发电磁波来解释太阳射电Ⅲ型爆发

本文在用MHD理论研究等离子体束流不稳定性时发现:在电子等离子体频率附近可以激发出宽频带电磁波,其时间尺度、方向性、相对带宽、偏振特性及谐波结构等理论预期,在典型的日冕参数下,和米波段太阳射电Ⅲ型爆发的观测结果基本吻合.这一机制还可避免经典的等离子体辐射理论中由Langmuir波转换成横电磁波的效率较低的主要困难.     

发生在米波段的太阳射电辐射

综述云南天文台在太阳活动22周峰年期间观测到的米波射电频谱资料,处理资料时发现230~300MHz频段有一些有趣的观测现象。如米波Ⅲ型爆发;“blips”;毫秒级Spike与Ⅲ型爆发共存事件;快速脉动等。根据这些事件的现象,讨论了它们的产生机制。     

2个二次触发型太阳耀斑的射电时间轮廓及其日冕磁结构

利用国家天文台(北京和昆明)的射电频谱仪(频段为0.65~7.6 GHz)和相关的NoRH/17GHz射电以及TRACE/171 EUV和Yohkoh/SXT的观测资料,分析了2001/04/10和10/19的2个共生精细时间结构的稀有事件,这2个事件的射电爆发时间轮廓和观测特征相似,通过这2个事件的微波(17GHz)偏振观测资料的比较,发现这2个射电爆发均由包含多重(4极)磁结构的复杂活动区引起,特别指出这2个耀斑最后都导致了耀斑后相的分米波射电爆发(第二次触发耀斑),这可能是后环引起的射电爆发。它们都分别对应于双极磁位形,表明这两次触发耀斑是由相似的耀斑模型产生。2个分米波爆发可能是相似(homologous)耀斑的射电表现,可以推测这两次耀斑的驱动器可能皆是磁流浮现或对消(因为源区有新的单或双极出现或消失),而它们的触发器皆是由双极反向Y型位形(具有一个双极拱的单磁流系统)的磁重联,耀斑后环的演化是导致耀斑后相分米波射电爆发的必要条件。我们认为,这双带耀斑对应的宽带射电爆发辐射机制是回旋同步加速辐射过程,而耀斑后相的窄带分米波爆发的辐射机制是等离子体辐射过程。     

太阳大气中动力学阿尔文波的产生与加热研究进展

动力学阿尔文波是垂直波长接近离子回旋半径或者电子惯性长度的色散阿尔文波.由于波的尺度接近粒子的动力学尺度,动力学阿尔文波在太阳和空间等离子体加热、加速等能化现象中起重要作用.因此,动力学阿尔文波通常被认为是日冕加热的候选者.本研究工作深入、系统地调研了太阳大气中动力学阿尔文波的激发和耗散机制.基于日冕等离子体环境,介绍了几种常见的动力学阿尔文波激发机制:温度各向异性不稳定性、场向电流不稳定性、电子束流不稳定性、密度非均匀不稳定性以及共振模式转换.还介绍了太阳大气中动力学阿尔文波的耗散机制,并讨论了这些耗散机制对黑子加热、冕环加热以及冕羽加热的影响.不仅为认识太阳大气中动力学阿尔文波的驱动机制、动力学演化特征以及波粒相互作用提供合理的理论依据,而且有助于揭示日冕等离子体中能量储存和释放、粒子加热等能化现象的微观物理机制.