III型爆發(fā)是星載和地面儀器常規(guī)觀測到的最強無線電信號之一。當(dāng)超熱電子束與周圍等離子體相互作用時，它們是通過等離子體發(fā)射機制生成的，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)生的無線電發(fā)射。隨著電子束從太陽向外傳播，以逐漸降低的頻率產(chǎn)生無線電發(fā)射，這與環(huán)境太陽風(fēng)等離子體密度的降低相對應(yīng)。可以同時在很寬的經(jīng)度范圍內(nèi)檢測到III型爆發(fā)，并且其無線電源的徑向距離比電子密度模型預(yù)測的大得多。

這些晦澀的特性通常歸因于電子密度不均勻性對無線電波的散射。帕克太陽探測器(PSP)航天器于2018年8月發(fā)射升空，是NASA探測太陽外日冕的一個項目。它的主要科學(xué)目標(biāo)是確定太陽日冕磁場的結(jié)構(gòu)和動力學(xué)，了解太陽日冕和太陽風(fēng)是如何被加熱和加速的，并確定哪些過程導(dǎo)致了太陽高能粒子。一項新的研究報告了對III型爆發(fā)衰減時間和現(xiàn)場密度波動測量值的統(tǒng)計調(diào)查。

研究人員分析了2號近日點直升機在PSP期間觀察到的大量III型爆發(fā)，以便統(tǒng)計地檢索其指數(shù)衰減時間與頻率的關(guān)系(圖1a)。在此期間，距太陽的徑向距離為35.7至53.8太陽半徑。Krupar等。(2018)對位于1 au的STEREO航天器觀察到的在152 kHz和1 MHz之間的152個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)對應(yīng)于八個太陽半徑的徑向距離，其中太陽風(fēng)速通常超過Alfvén速度，并且太陽風(fēng)變?yōu)槌堿lfvénic。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時也表現(xiàn)出最大的功率譜密度。

他們實施了蒙特卡洛模擬技術(shù)來研究散射對衰減時間的作用。他們從到達(dá)時間計算出衰減時間，并將其與PSP觀察到的時間進(jìn)行比較。結(jié)果表明，觀測到的功率譜密度的指數(shù)衰減可以用太陽風(fēng)中密度不均勻性引起的無線電信號散射來解釋。在有效湍流標(biāo)度長度下，相對電子密度波動為0.09-0.22(圖b)。

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