[论文解读] Parker Solar Probe detects solar radio bursts related with a behind-the-limb active region

A. A. Stanislavsky, I. N. Bubnov+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 16, 2021

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 31被引用 11

一句话总结

本研究证明，帕克太阳探测器（PSP）在探测器侧日冕密度较低的条件下，成功检测到来自太阳圆盘边缘后方活跃区（AR 12765）的太阳射电爆发。通过结合PSP的原位射电数据与乌克兰大型射电望远镜（GURT）的高分辨率地面观测，研究者优化了太阳日冕密度模型，并证实射电波从致密磁环传播至较平静、密度较低的区域，从而在视线受阻的情况下仍可被探测到。

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.

研究动机与目标

• 研究帕克太阳探测器（PSP）相对于太阳边缘后方的活跃区（AR 12765）的太阳射电爆发检测情况。
• 通过高时间-频率分辨率的地面射电观测，弥补PSP时间-频率分辨率有限的不足。
• 基于观测到的射电爆发特征，优化AR 12765上方日冕密度模型。
• 确定射电波从边缘后方源到PSP的传播路径，考虑时间延迟与空间几何关系。
• 理解使PSP能够探测到不可见区域射电辐射的条件。

提出的方法

• 在PSP距离太阳0.15 au的飞越阶段，使用FIELDS仪器（LFR和HFR接收机）对10.5 kHz – 19.2 MHz频段进行同步观测。
• 利用乌克兰大型射电望远镜（GURT）的一个子阵列，对8–80 MHz频段进行观测，频率分辨率为38.147 kHz，时间分辨率为~100 ms。
• 额外使用e–Callisto、RSTN（意大利）和NDA（法国）的数据进行观测交叉验证，提升源定位精度。
• 分析射电爆发特征（频率、强度、漂移率），识别类型III、J和U型爆发及其关联性。
• 计算地面观测与PSP观测之间的时间延迟，用于三角定位源位置并确认其位于边缘后方。
• 基于爆发辐射机制与传播条件，特别是从高密度区域到低密度区域的过渡，优化日冕密度模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 帕克太阳探测器能否探测到来自位于太阳边缘后方的活跃区的太阳射电爆发？
• RQ2 日冕密度结构在使射电波从边缘后方源传播至PSP过程中起到何种作用？
• RQ3 高时间-频率分辨率的地面观测如何改善对PSP低分辨率射电数据的解释？
• RQ4 AR 12765的射电辐射具有何种角度直接性？其与电子束传播方向的关系如何？
• RQ5 观测到的高频截止与传播延迟对理解太阳射电爆发辐射机制有何启示？

主要发现

• 尽管存在视线遮挡，PSP仍成功探测到来自AR 12765的U+J+III型爆发关联，该活跃区位于太阳边缘后方。
• 探测成功得益于PSP侧存在低密度日冕区域，使射电波能从致密磁环传播至探测器。
• 地面GURT观测具有100 ms时间分辨率和38.147 kHz频率分辨率，使弱类型III爆发及U+J+III型关联得以识别，而这些特征在PSP 7秒时间间隔的数据中未能完全分辨。
• 射电爆发的角直接性估计大于212°，与活跃区类型III爆发的径向辐射模式一致。
• 通过比较地面与PSP观测的时间延迟，确认了源位置并验证了传播模型，表明射电波从边缘后方活跃区经由低密度等离子体传播至PSP。
• 本研究通过整合观测到的爆发特征与传播条件，特别是高密度到低密度的过渡，优化了AR 12765上方的日冕密度模型。