空间超长波太阳射电观测-国家天文台
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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.）
2018年9月15日
空间超长波术天文学研讨会，平塘，贵州
太阳爆发活动
2018年9月15日
（LASCO / SOHO）
空间超长波术天文学研讨会，平塘，贵州
MHD模拟三维日冕结构
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
(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
• 这个频率段在天文领域通常称为甚低频波段（VLF）或超长波
2018年9月15日
空间超长波术天文学研讨会，平塘，贵州
太阳和银河系包括超长波段的射电流量
2018年9月15日
空间超长波术天文学研讨会，平塘，贵州
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
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
– 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
2018年9月15日
空间超长波术天文学研讨会，平塘，贵州
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。
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
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
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
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
பைடு நூலகம்
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。
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
2018年9月15日
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
(Courtesy of B.L.Tan)
空间超长波术天文学研讨会，平塘，贵州
（Bougeret 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）
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)
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)
2 R
WIND / WAVES 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
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 2007 etc.）
2018年9月15日
– 中科院、科工局2000年代初以来预研（Yan et al 2001，etc.）
2018年9月15日
空间超长波术天文学研讨会，平塘，贵州
太阳爆发活动
2018年9月15日
（LASCO / SOHO）
空间超长波术天文学研讨会，平塘，贵州
MHD模拟三维日冕结构
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
(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
• 这个频率段在天文领域通常称为甚低频波段（VLF）或超长波
2018年9月15日
空间超长波术天文学研讨会，平塘，贵州
太阳和银河系包括超长波段的射电流量
2018年9月15日
空间超长波术天文学研讨会，平塘，贵州
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
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
– 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
2018年9月15日
空间超长波术天文学研讨会，平塘，贵州
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。
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
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
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
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
பைடு நூலகம்
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。
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
2018年9月15日
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
(Courtesy of B.L.Tan)
空间超长波术天文学研讨会，平塘，贵州
（Bougeret 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）
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)
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)
2 R
WIND / WAVES 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
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 2007 etc.）
2018年9月15日