尖峰爆发标度律和其对新一代太阳射电望远镜参数约束.PDF

第59卷第4期 天 文 学 报 Vol.59 No.4 2018年7月 ACTA ASTRONOMICA SINICA Jul., 2018 doi: 10.15940/j.cnki.0001-5245.2018.04.006 尖峰爆发标度律及其对新一代太阳射电 望远镜参数的约束 12 1 1 3 谭宝林 程 俊 谭程明 寇洪祥 (1 中国科学院国家天文台太阳活动重点实验室北京100101) (2 中国科学院大学天文与空间科学学院北京100049) (3 山东正元建设工程有限责任公司济南250100) 摘要 射电观测是太阳物理和日地空间科学的重要探测手段, 尤其是对于太阳爆发过程 中的太阳非热粒子加速、发射和传播等过程. 迄今, 世界各地研制建成了上百台太阳射电 望远镜, 包括射电流量计、射电动态频谱仪和射电日像仪等. 基于技术进步和新的科学设 想, 人们还在不断提出新的太阳射电望远镜计划. 研制新的太阳射电望远镜时, 需要考虑 观测频率、带宽、时间分辨率、频率分辨率、空间分辨率、偏振精度等设计参数. 事实 上, 过度追求高参数往往会无法实现期望的科学目标. 如何合理地选择太阳射电望远镜的 参数呢? 长期的观测研究发现太阳射电爆发常常可分成一系列从长到短不同时标的爆发 过程, 其中, 尖峰爆发是最小时间尺度的爆发现象, 同时也是太阳上目前发现的最小空间 尺度上的爆发过程, 可看成一种元爆发过程, 可能对应于单一的磁场重联和磁能释放. 根 据太阳射电天文学研究, 识别尖峰爆发是对新一代太阳射电望远镜的基本要求. 尖峰爆发 的时间尺度和空间尺度又是随频率而变化的. 从分析不同频段太阳射电尖峰爆发的时间 和带宽的标度律来说明如何为新一代望远镜的设计选择合理的参数指标, 并提出谱-像结 合观测模式, 最大程度地保证望远镜科学目标的实现. 这种观测模式或将成为未来太阳射 电观测的主要方式, 对揭示太阳爆发现象中的非热过程的物理本质具有非常重要的意义. 关键词 太阳: 太阳活动, 太阳: 日冕, 太阳: 射电辐射, 射电望远镜 中图分类号: P182; 文献标识码: A 引言 太阳物理学及日地空间科学的重要研究内容是太阳大气中的各种爆发现象, 例如太 [1] 阳耀斑和日冕物质抛射等 . 在这些爆发过程中, 有相当部分的能量是通过非热粒子形 式释放的. 在不同事件中, 这种非热能量占爆发过程中释放总能量的10%–50%[2]. 这些 2018-02-23收到原稿, 2018-04-23收到修改稿 ∗ 国家自然科学基金项目1137303911661161015 资助 †bltan@nao.cas.cn 37-1 59 卷 天 文 学 报 4 期 源于太阳爆发过程的非热粒子以亚光速高速飞行, 在日地空间和近地空间环境中产生 剧烈扰动, 对太空飞行、空间科学探测、卫星通讯和导航, 甚至国家空间安全等产生重 大影响. 射电天文方法是探测上述非热过程最重要的手段之一. 对于太阳爆发过程中的 某些现象, 如太阳非热粒子加速、发射和传播过程, 射电观测是最重要的地基探测手段. 为此, 世界各地研制建成了许多太阳射电望远镜, 根据其复杂程度可分成如下3大类: (1)太阳射电流量计(Solar