空间超长波太阳射电观测-国家天文台

(AR field, Dulk & McLean 1978)
2018年9月15日
空间超长波术天文学研讨会，平塘，贵州
(Gary 2004)
天文学可以用来探测宇宙的电磁波谱 必须到空间进行观测！
γ射线 X射线
紫外 可见光 红外线
微波
短波中波
甚低频
不透明
大气层吸收
大气层部分或全部吸收
透明
2018年9月15日
空间超长波术天文学研讨会，平塘，贵州
Solar Activities are driving sources for Space Weather It is desirable to obtain information from Sun to Earth
电子束流 CME
行星际激波
(Image：NASA website)
Ooty IPS 三维重建得到的 日冕物质抛射与太阳风结 构
(Courtesy of Hayashi)
(Courtesy of Manoharan)
2018年9月15日
空间超长波术天文学研讨会，平塘，贵州
frequency distance
e- III型射电暴
100 R
10 R
WIND / WAVES
太阳射电辐射频率
电子振荡频率：
9e0=0(04e2nnee（/mHe)z1）/2
大气不透明度光深等于1 时的自由辐射频率:
0.5neT-3/4L1/2 （Hz）
电子回旋频率：B=eB/me
2.8×106B（Hz）
(VAL model B, Vernazza et al. 1981)
空间超长波太阳射电观测
颜毅华1，2
1中国科学院国家天文台 2中国科学院大学天文与空间科学学院
2018年9月15日
空间超长波术天文学研讨会，平塘，贵州
1. 引言
提纲
1. II型与III型射电爆发
1. 结语
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空间超长波术天文学研讨会，平塘，贵州
１．引言
日冕物质抛射和耀斑活动及伴随的太阳高能粒子事 件研究是当前太阳物理研究的一个核心科学问题。
地面少量尝试[Cane 1977]
Radioastronomy Explorer I(1968) / II(1973) 近代（主要是针对太阳观测）
– Wind航天器上的WAVES试验 (1994)
– Stereo (2006)
NASA、ESA进行多次空间VLF论证和工程设计
– NASA 90年代初、2000年以来预研 – ESA 90年代中后期、2000年以来预研
通常认为这些剧烈活动是由于太阳磁场的拓扑变化
导致能量的存贮、快速释放、能量转换和加速粒子 所致。
射电爆发是这些太阳剧烈活动的即时反应，射电观 测能够无缝隙地提供太阳扰动在整个日地范围内信
息。因此在无线电波段进行射电观测是研究太阳活 动及其对日地空间环境影响的一个十分重要的手段。
2018年9月15日
2018年9月15日
空间超长波术天文学研讨会，平塘，贵州
太阳射电不同频率对应的空间分布
可见光： 光球
毫米波： 色球层
厘米波: 高色 球 & 低日冕
分米波: 低日冕
米波: 日冕
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十米波(30MHz)
2MHz
→1R☉
→10 R☉
空间超长波术天文学研讨会，平塘，贵州
~10 KHz →200 R☉,1AU
波长
空间超长波术天文学研讨会，平塘，贵州
电离层吸收
射电频谱
• 日冕物质抛射（CME）、太阳风、行星际激波和高能粒子现象等传播、加速 与演化的主要空间位于太阳表面以上4~5倍太阳半径到200余倍太阳半径之 间的日地空间
• 在这个广阔区域里，由于等离子体十分稀薄，其他探测方式几乎无能为力。 在这个区域中的电磁辐射主要位于从几十kHz到几十MHz之间
– 磁层：极光千米辐射(AKR)
– 干扰：雷电，广播通信
等离子体
– 行星际介质(IPM)
– 星际介质(ISM)
– 月球表面等离子体
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国内外研究历史和现状
人类具有探测技术但天文研究基本是空白的唯一波段
– 科学目标和基本方法已经充分论证 – 几十年来一直争取，近年呼声日高的空间天文项目 – 国外尚未计划实施，我们有机会占据领先地位。
(Courtesy of B.L.Tan)
空间超长波术天文学研讨会，平塘，贵州
• 这个频率段在天文领域通常称为甚低频波段（VLF）或超长波
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太阳和银河系包括超长波段的射电流量
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超长波段观测的制约因素
地球表面和近地
– 电离层吸收和反射：截止频率~30MHz，偶尔到10MHz
耀斑 日冕激波
Several ways available to detect information from Sun to Earth：
Globally:
Locally:
Radio
Spacecraft (in-situ)
Optic in Space (side view)
Interpanetary Scintillations (IPS)
我国进行多次空间超长波论证和工程设计
– 中科院、科工局2000年代初以来预研（Yan et al 2001，etc.）
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太阳爆发活动
2018年9月15日
（LASCO / SOHO）
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MHD模拟三维日冕结构
2 R
WIND / WAVES time
2018年9月15日
（WIND / WAVES）
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IV型射电暴与SEP事件
IV相比II、III型射电暴并不常见，IV射电暴的成因存在很 大争议。但它与SEP事件相关度比较高（White 2007ugeret 2004）
2 R
time
2018年9月15日
（WIND / WAVES）
空间超长波术天文学研讨会，平塘，贵州
frequency distance
transient e-
shock front
II型射电暴
B
100 R
10 R
F
H
e-
（Bougeret 2004）