III型爆發(fā)是星載和地面儀器常規(guī)觀測(cè)到的最強(qiáng)無(wú)線電信號(hào)之一。當(dāng)超熱電子束與周圍等離子體相互作用時(shí)，它們是通過(guò)等離子體發(fā)射機(jī)制生成的，從而觸發(fā)了以等離子體頻率(基波發(fā)射)或其二次諧波(諧波發(fā)射)產(chǎn)生的無(wú)線電發(fā)射。隨著電子束從太陽(yáng)向外傳播，以逐漸降低的頻率產(chǎn)生無(wú)線電發(fā)射，這與環(huán)境太陽(yáng)風(fēng)等離子體密度的降低相對(duì)應(yīng)?？梢酝瑫r(shí)在很寬的經(jīng)度范圍內(nèi)檢測(cè)到III型爆發(fā)，并且其無(wú)線電源的徑向距離比電子密度模型預(yù)測(cè)的大得多。

這些晦澀的特性通常歸因于電子密度不均勻性對(duì)無(wú)線電波的散射。帕克太陽(yáng)探測(cè)器(PSP)航天器于2018年8月發(fā)射升空，是NASA探測(cè)太陽(yáng)外日冕的一個(gè)項(xiàng)目。它的主要科學(xué)目標(biāo)是確定太陽(yáng)日冕磁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)，了解太陽(yáng)日冕和太陽(yáng)風(fēng)是如何被加熱和加速的，并確定哪些過(guò)程導(dǎo)致了太陽(yáng)高能粒子。一項(xiàng)新的研究報(bào)告了對(duì)III型爆發(fā)衰減時(shí)間和現(xiàn)場(chǎng)密度波動(dòng)測(cè)量值的統(tǒng)計(jì)調(diào)查。

研究人員分析了2號(hào)近日點(diǎn)直升機(jī)在PSP期間觀察到的大量III型爆發(fā)，以便統(tǒng)計(jì)地檢索其指數(shù)衰減時(shí)間與頻率的關(guān)系(圖1a)。在此期間，距太陽(yáng)的徑向距離為35.7至53.8太陽(yáng)半徑。Krupar等。(2018)對(duì)位于1 au的STEREO航天器觀察到的在152 kHz和1 MHz之間的152個(gè)III型猝發(fā)進(jìn)行了類似的分析。所獲得的光譜指數(shù)大約是PSP的兩倍。

研究人員注意到，等離子頻率為1 MHz(斜率在STEREO和PSP之間變化)對(duì)應(yīng)于八個(gè)太陽(yáng)半徑的徑向距離，其中太陽(yáng)風(fēng)速通常超過(guò)Alfvén速度，并且太陽(yáng)風(fēng)變?yōu)槌?jí)Alfvénic。因此，隨著背景等離子體的顯著變化，III型猝發(fā)特性在1 MHz的頻率附近變化也就不足為奇了?？茖W(xué)家注意到，III型脈沖串在1 MHz時(shí)也表現(xiàn)出最大的功率譜密度。

他們實(shí)施了蒙特卡洛模擬技術(shù)來(lái)研究散射對(duì)衰減時(shí)間的作用。他們從到達(dá)時(shí)間計(jì)算出衰減時(shí)間，并將其與PSP觀察到的時(shí)間進(jìn)行比較。結(jié)果表明，觀測(cè)到的功率譜密度的指數(shù)衰減可以用太陽(yáng)風(fēng)中密度不均勻性引起的無(wú)線電信號(hào)散射來(lái)解釋。在有效湍流標(biāo)度長(zhǎng)度下，相對(duì)電子密度波動(dòng)為0.09-0.22(圖b)。

總而言之，III型猝發(fā)衰減時(shí)間在1至10 MHz之間在統(tǒng)計(jì)學(xué)上比根據(jù)先前在較低頻率下的觀察所預(yù)期的更長(zhǎng)。這可以通過(guò)Alfvén點(diǎn)以上的不同環(huán)境等離子體參數(shù)來(lái)解釋，或者可以通過(guò)觀察到高于1 MHz的諧波分量來(lái)解釋。如果后者為真，則可以使用指數(shù)衰減時(shí)間的變化來(lái)區(qū)分單個(gè)III型猝發(fā)內(nèi)的基波分量和諧波分量。通過(guò)比較PSP觀測(cè)和蒙特卡洛模擬，研究人員預(yù)測(cè)了在2.5至14太陽(yáng)半徑的徑向距離處的相對(duì)密度波動(dòng)，范圍為0.22至0.09。