فیزیک مشاهدات تصویربرداری طیفی خورشیدی در طول موج‌های dm-cm و فضازمان توسط تان و همکاران. – انجمن ستاره شناسان رادیویی خورشیدی اروپا

در سال‌های اخیر، چندین تلسکوپ رادیویی خورشیدی نسل جدید که در طول موج‌های سانتی‌متر-دسیم‌تر (dm-cm) کار می‌کنند، در جهان ظاهر شده‌اند، از جمله رادیو هلیوگراف طیفی Mingantu (MUSER، 0.4-15GHz).یان و همکاران 2021، آرایه خورشیدی گسترده Owens Valley (EOVSA، 1-18GHz) (گری و همکاران 2018) و رادیو هلیوگراف سیبری (SRH، 3-24 گیگاهرتز) (آلتینتسف و دیگران. 2020). با توجه به اینکه انتشار رادیویی خورشیدی در طول موج‌های dm-cm عمدتاً از ناحیه منبع شعله‌های خورشیدی و ناحیه انتشار اولیه انرژی آزاد شده و ذرات پرانرژی پرشتاب سرچشمه می‌گیرد، مشاهدات این تلسکوپ‌ها فرصت‌های بی‌سابقه‌ای را برای کاوش و اکتشاف در اختیار ما قرار می‌دهد. بررسی مسائل اساسی در فیزیک خورشیدی و آب و هوای فضا، مانند منشاء شراره های خورشیدی، انتشار انرژی اولیه، و آشفتگی در محیط خورشید-زمین.

1. مسائل اساسی فیزیک از تصویربرداری طیفی در طول موج dm-cm

• تشخیص مستقیم میدان مغناطیسی در کروموسفر و کرونا. با استفاده از مشاهدات تصویربرداری طیفی موج dm-cm همراه با توابع تشخیصی میدان مغناطیسی اخیراً گردآوری شده (تان، RAA، 2022) یک نقشه مغناطیسی کامل از کروموسفر و تاج بر روی کل قرص خورشیدی، از جمله منطقه ساکن، مناطق فعال و مناطق منبع شعله ور بدست خواهد آمد.
• منشا پالس های شبه تناوبی مایکروویو (QPP). QPP مایکروویو به طور گسترده در تمام مراحل شراره های خورشیدی یافت می شود، اما مکانیسم های منشاء و تشکیل آنها هنوز بحث برانگیز است. مناطق منبع آنها کجاست؟ رابطه بین منابع آنها و میدان های مغناطیسی چیست؟
• منشا الگوهای گورخر مایکروویو (ZP). ZP های مایکروویو پیچیده ترین، جذاب ترین و بسیار جالب ترین پدیده های طیفی در نجوم رادیویی خورشیدی هستند. ZP های مایکروویو از کجا می آیند؟ چه فرآیندهای فیزیکی پشت آنهاست؟
• ویژگی‌های شتاب و انتشار ذرات مرتبط با انفجارهای کوچک مایکروویو (SMBs)، از جمله پیک‌های مایکروویو، نقاط و انفجارهای باند باریک نوع III. آنها همیشه به تعداد زیاد و به صورت گروهی یافت می شوند.
• منشاء ترکیدن فیبر مایکروویو. خاصیت ویژه انفجارهای فیبر مایکروویو این است که میانگین سرعت رانش آنها بسیار کمتر از انفجارهای رادیویی نوع III تحریک شده توسط پرتوهای ذرات پرانرژی و بسیار بیشتر از انفجارهای رادیویی نوع II تحریک شده توسط CME و امواج شوک است. این ترکیدن فیبر چگونه برانگیخته می شود؟
• منشا گروه های مایکروویو نوع III. همانطور که مشخص است، انفجارهای رادیویی نوع III معمولاً توسط پرتوهای الکترونی پرانرژی که در امتداد یک میدان مغناطیسی باز حرکت می کنند تشکیل می شوند. آنها معمولاً در محدوده فرکانس پایین زیر 2.0 گیگاهرتز ظاهر می شوند که در تاج بالاتر و فضای بین ستاره ای شکل می گیرد. با این حال، مشاهدات نشان می دهد که انفجارهای رادیویی نوع III اغلب در باندهای مایکروویو بالاتر از 2.0 گیگاهرتز رخ می دهد و همیشه به صورت گروهی رخ می دهد. تصور وجود این میدان باز در ناحیه منبع مایکروویو که چنین فرکانس بالایی تولید می کند دشوار است. بنابراین چگونه این گروه های مایکروویو انفجاری نوع III ایجاد می شوند؟ تفاوت ها و روابط بین این پالس های مایکروویو نوع III و پالس های رادیویی با فرکانس پایین نوع III چیست؟
• منشأ برخی ساختارهای منحصر به فرد و پیچیده طیف فرکانس رادیویی و فرآیندهای فیزیکی پشت آنها. مانند ساختار دست‌شکل، ساختار با الگوی α و ساختارهای ZP جاسازی‌شده که در شکل زیر نشان داده شده‌اند. چه فرآیندهای فیزیکی این ساختارهای طیفی پیچیده را منعکس می کنند؟

شکل 1، برخی از ساختارهای منحصربه‌فرد و پیچیده طیف مایکروویو: ساختار دست‌شکل (سمت چپ)، ساختار با الگوی α (وسط)، و ساختارهای ZP چسبنده (راست).

پاسخ به سوالات بالا نه تنها به ما در درک ماهیت فیزیکی شراره های خورشیدی کمک می کند، بلکه به ما کمک می کند قوانین اساسی فیزیک پلاسما را نیز آشکار کنیم.

1. کاربرد احتمالی در آب و هوای فضا

مشاهدات تصاویر طیفی امواج dm-cm خورشیدی می‌تواند به ما در پاسخ به مشکلات فیزیکی فوق‌الذکر کمک کند و این داده‌های نظری و رصدی مهمی را برای پیش‌بینی آب و هوای فضا فراهم می‌کند. این برنامه ها عمدتاً بر سه جنبه زیر تمرکز دارند:

• تشخیص و تایید پیش سازهای رادیویی شراره های خورشیدی.
• تشخیص و اعتبار سنجی پیش سازهای رادیویی جهش جرم تاج.
• سیگنال های رادیویی جریان های ذرات پرانرژی خورشیدی.

2. نتیجه

با ظهور MUSER، EOVSA، SRH و حتی FASR آینده، مشاهدات تصویربرداری طیفی در طول موج‌های dm-cm با باند بسیار وسیع (از 0.4 گیگاهرتز تا 24 گیگاهرتز) به دست خواهیم آورد. با استفاده از این داده‌های رصدی بی‌سابقه با کیفیت بالا، ما به درک جدیدی از یک سری مسائل مرزی در فیزیک خورشیدی دست خواهیم یافت و این بینش‌های جدید را در پیش‌بینی رویدادهای آب‌وهوای فضایی فاجعه‌بار و در عین حال توسعه فیزیک پلاسما را به کار خواهیم برد.

*بر اساس مقاله اخیر:

Tan BL، Yan YH، Huang J.، Zhang Y.، Tan CM، Zhu XS فیزیک مشاهدات تصویربرداری طیفی خورشیدی در طول موج‌های dm-cm و کاربرد در آب و هوای فضا، 2023، Adv. Space Res., 72:5563-5576. DOI: 10.1016/j.asr.2022.11.049

منابع

• Altintsev، A. T.، Lesovoy، S. V.، Globa، M. V. و دیگران. 2020، فیزیک خورشیدی-زمینی، 6، 30-40.
• گری، دی، چن، بی، دنیس، BR، و همکاران، 2018، ApJ، 863، 83.
• قهوهای مایل به زرد، BL، 2022، RAA، 22، 072001.
• Yan، YH، Chen، ZJ، Wang، W.، Liu، F.، Geng، LH، Chen، LJ، و همکاران، 2021، Frontiers Astron Space Sci، 8، 584043.