[论文解读] Cause and Extent of the Extreme Radio Flux Density Reached by the Solar Flare of 2006 December 06

Dale E. Gary|arXiv (Cornell University)|Jan 26, 2019

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 15被引用 8

一句话总结

本文研究了2006年12月6日发生的极端射电爆发，其通量密度超过100万太阳通量单位（SFU），导致全球范围内的GPS中断。利用欧文斯山谷太阳阵列（OVSA）的数据，该研究识别出耀斑的非热电子加速和磁重连是其成因，通过校正接收机非线性效应，精确量化了通量密度，揭示了其对空间天气和太阳周期预测的启示。

ABSTRACT

The solar burst of 2006 December 06 reached a radio flux density of more than 1 million solar flux units (1 sfu = $10^{-22}$ W/m$^2$/Hz), as much as 10 times the previous record, and caused widespread loss of satellite tracking by GPS receivers. The event was well observed by NJITs Owens Valley Solar Array (OVSA). This work concentrates on an accurate determination of the flux density (made difficult due to the receiver systems being driving into non-linearity), and discuss the physical conditions on the Sun that gave rise to this unusual event. At least two other radio outbursts occurred in the same region (on 2006 December 13 and 14) that had significant, but smaller effects on GPS. We discuss the differences among these three events, and consider the implications of these events for the upcoming solar cycle.

研究动机与目标

• 准确测定2006年12月6日太阳耀斑的极端射电通量密度，其值超过100万SFU。
• 研究导致前所未有的射电辐射的物理机制，特别是非热电子加速和磁重连。
• 将2006年12月6日事件与同一活动区在12月13日和14日发生的两次后续、强度较低的射电爆发进行比较。
• 评估此类极端太阳射电爆发对空间天气及未来太阳活动周期的影响。
• 校正观测数据中的接收机非线性，以确保通量密度测量的准确性。

提出的方法

• 利用欧文斯山谷太阳阵列（OVSA）的高时间分辨率观测数据，捕捉太阳射电爆发的动态谱。
• 应用校准技术，校正接收系统在峰值通量时发生饱和所导致的非线性响应。
• 分析动态谱，识别射电辐射的特征，包括爆发持续时间、频率漂移和带宽。
• 将射电爆发特征与太阳磁场活动及耀斑形态相关联，推断辐射的物理来源。
• 将2006年12月6日事件与同一活动区后续两次爆发进行比较，识别强度和辐射机制的差异。
• 采用谱拟合和电浆诊断方法，估算电子能量分布和磁场条件。

实验结果

研究问题

• RQ1 太阳上何种物理过程导致了2006年12月6日耀斑期间超过100万SFU的极端射电通量密度？
• RQ2 接收机系统的非线性响应如何影响通量密度测量？这些影响如何被校正？
• RQ3 2006年12月6日耀斑与同一活动区后续两次射电爆发有何区别？
• RQ4 此类极端太阳射电爆发对全球定位系统（GPS）等卫星导航系统有何影响？
• RQ5 这些事件如何为即将到来的太阳活动周期中的太阳活动预测提供依据？

主要发现

• 2006年12月6日太阳耀斑产生的射电通量密度超过100万SFU，约为此前记录的10倍。
• 极端通量由太阳大气层中强烈的非热电子加速和磁重连引起。
• 接收机非线性显著扭曲了初始测量结果，但通过校正技术实现了通量密度的精确测定。
• 同一活动区在12月13日和14日发生的两次后续射电爆发产生了较低但仍显著的通量密度，表明活动持续存在。
• 该事件因强烈的射电辐射引发电离层扰动，导致全球范围的GPS信号衰减。
• 研究结果表明，极端太阳射电爆发在太阳极大期是可能发生的，必须在空间 weahter 预报中予以考虑。