[논문 리뷰] Parker Solar Probe detects solar radio bursts related with a behind-the-limb active region

A. A. Stanislavsky, I. N. Bubnov외 2명|arXiv (Cornell University)|2021. 10. 16.

Solar and Space Plasma Dynamics참고 문헌 31인용 수 11

한 줄 요약

이 연구는 페일러 태양 탐사선(PSP)이 태양의 경계선 뒤에 있는 활성 지역(AR 12765)에서 발생한 태양 라디오 폭발을, PSP 측의 저밀도 코로나 조건 덕분에 탐지했다는 것을 보여준다. PSP의 현장 라디오 데이터와 고해상도 지상 관측 데이터인 우크라이나 거대 라디오망원경(GURT)을 결합하여 저자들은 태양 코로나 밀도 모델을 보완하고, 높은 밀도의 자기 링크에서 덜 조밀한 영역으로 라디오파가 전파되어, 시야 차단에도 불구하고 탐지가 가능하다는 것을 확인했다.

ABSTRACT

The interpretation of solar radio bursts observed by Parker Solar Probe (PSP) in the encounter phase plays a key role in understanding intrinsic properties of the emission mechanism in the solar corona. Lower time-frequency resolution of the PSP receiver can be overcome by simultaneous ground-based observations using more advanced antennas and receivers. In this paper we present such observations for which the active active region 12765, begetter of type III, J, and U solar bursts, was within sight of ground-based instruments and behind the solar limb of the PSP spacecraft. We used a subarray of the Giant Ukrainian Radio Telescope (GURT) to get the spectral properties of radio bursts at the frequency range of 8-80 MHz, as well as the PSP radio instruments with a bandwidth of 10.5 kHz - 19.2 MHz, during solar observations on June 5, 2020. We directly detected the radio events initiated by the active region behind the solar limb of the PSP spacecraft, using special conditions in the solar corona, due to the absence of active regions from the PSP side. Following the generation mechanism of solar radio emission, we refined the density model for the solar corona above the active region 12765 responsible for the radio bursts. Based on the PSP spacecraft position near the Sun and delays of radio waves between space- and ground-based records, we found the corresponding radio responses on the PSP spectrogram. The absence of sunspots from the PSP side contributes to the propagation of radio waves from a dense loop of the Sun to quiet regions with low densities, through which PSP instruments can detect the radiation.

연구 동기 및 목표

• 태양 탐사선(PSP)으로부터의 시야 차단 상태에 있음에도 불구하고 태양의 경계선 뒤에 위치한 활성 지역(AR 12765)에서 발생한 태양 라디오 폭발의 탐지 여부를 조사하는 것.
• PSP의 제한된 시간-주파수 해상도를 보완하기 위해 고해상도 지상 기반 라디오 관측을 활용하는 것.
• 관측된 라디오 폭발 특성에 기반하여 AR 12765 상공의 코로나 밀도 모델을 보완하는 것.
• 라디오파가 경계선 뒤의 소스에서 PSP로 전파되는 경로를 시간 지연과 공간 기하학을 고려하여 규명하는 것.
• PSP가 직접 보이지 않는 영역에서의 라디오 방출을 탐지할 수 있는 조건을 이해하는 것.

제안 방법

• PSP의 FIELDS 장치(LFR 및 HFR 수신기)를 사용하여 태양으로부터 0.15 au 거리에서의 만남 단계 동안 10.5 kHz – 19.2 MHz 범위를 커버하는 동시 관측을 수행함.
• 지상 기반 데이터는 8–80 MHz에서 작동하는 우크라이나 거대 라디오망원경(GURT)의 서브어레이를 사용하여 확보되었으며, 주파수 해상도는 38.147 kHz, 시간 해상도는 약 100 ms였다.
• 관측의 교차 검증 및 소스 정위치 향상 목적으로 e–Callisto, RSTN(이탈리아), NDA(프랑스)의 추가 데이터를 활용함.
• 주파수, 강도, 드리프트 속도 등의 라디오 폭발 특성을 분석하여 유형 III, J, U 폭발 및 그 연관성을 식별함.
• 지상 기반 관측과 PSP 관측 간의 시간 지연을 계산하여 소스 위치를 삼각측량하고, 경계선 뒤 기원을 확인함.
• 특히 고밀도 링크에서 저밀도 영역으로의 전환을 고려하여, 폭발 방출 메커니즘과 전파 조건을 기반으로 코로나 밀도 모델을 보완함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 PSP는 태양의 경계선 뒤에 위치한 활성 지역에서 발생한 태양 라디오 폭발을 탐지할 수 있는가?
• RQ2 코로나 밀도 구조는 경계선 뒤 소스에서 PSP로의 라디오파 전파를 가능하게 하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 고해상도 시간-주파수 해상도를 갖춘 지상 기반 관측은 PSP의 낮은 해상도 라디오 데이터 해석을 어떻게 향상시키는가?
• RQ4 AR 12765에서의 라디오 방출의 각도 방향성은 무엇이며, 전자 비임계 방출 방향과 어떻게 관련되는가?
• RQ5 관측된 고주파수 절단과 전파 지연은 태양 라디오 폭발 방출 메커니즘 이해에 어떤 함의를 지닌다?

주요 결과

• PSP는 시야 차단 상태에 있음에도 불구하고 AR 12765에서 발생한 U+J+III 폭발 연관성을 성공적으로 탐지하였다.
• 이 탐지가 가능했던 것은 PSP 측의 저밀도 코로나 영역 덕분이었으며, 이로 인해 고밀도 자기 링크에서 발생한 라디오파가 우주선으로 전파될 수 있었다.
• 지상 기반 GURT 관측은 100 ms 시간 해상도와 38.147 kHz 주파수 해상도를 제공하여, PSP의 7초 주기 데이터에서는 완전히 해상되지 않은 약한 유형 III 폭발과 U+J+III 연관성을 식별하는 데 기여하였다.
• 라디오 폭발의 각도 방향성은 212° 이상으로 추정되었으며, 이는 활성 지역에서의 유형 III 폭발의 반사 방출 패tern과 일치하였다.
• 지상 기반 관측과 PSP 관측 간의 시간 지연을 활용하여 소스 위치를 확인하고 전파 모델을 검증하였으며, 라디오파가 경계선 뒤의 AR에서 저밀도 플라즈마를 통해 PSP로 전파된 것으로 나타났다.
• 특히 고밀도에서 저밀도 영역으로의 전환을 고려하여 관측된 폭발 특성과 전파 조건을 통합함으로써, AR 12765 상공의 코로나 밀도 모델이 보완되었다.