中国天文学家在太阳射电爆发辐射机制的研究方向取得重要进展

太阳射电爆发现像是太阳高能电子活动最直接的物理表现，也是诊断太阳活动区物理状态和高能电子加速与传播过程最重要的观测手段。确定和建立正确的爆发辐射机制，是进行准确诊断的物理前提和理论基础。 自上世纪50年代末以来，在太阳射电爆发辐射机制的研究中，等离子体辐射和电子回旋激微波（Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation，缩写 MASER）辐射这两种机制的长期争议一直是困扰太阳射电爆发辐射和诊断研究的主要难题。

中国科学院紫金山天文台太阳和太阳系等离子体研究团组在这个难题的研究上取得重要进展。该研究团组利用全动力论PIC（Particle-In-Cell）数值模拟代码技术，称为 ACRONYM（Another Code for pushing Relativistic Objects, Now with Yee lattice and Macro particles），深入研究具有低能截止幂律（Power-law）能谱的高能电子束在不同背景磁化等离子体参数条件下，对辐射电磁波的激发效率和相应的非线性饱和水平。

研究结果显示，具有低能截止幂律能谱的高能电子束可同时有效地激发朗缪尔波和电子回旋激微波不稳定性，该两种不稳定性分别是产生等离子体辐射和电子回旋脉泽辐射的基础。但是，在电子回旋激微波辐射机制起主导作用的强磁化等离子体中，辐射电磁波的饱和水平远远高于等离子体辐射机制起主导作用的弱磁化等离子体中的饱和水平（上图）。这个结果意味著，基于等离子体线性不稳定性直接放大的电子回旋激微波辐射机制确实是能够导致太阳射电爆发现象的有效相干辐射机制，而基于朗缪尔（Langmuir）波非线性耦合转化的等离子体辐射机制则难以产生有效的射电爆发辐射。

初步分析其中原因，可能是因为朗缪尔波向辐射电磁波的非线性耦合转换效率太低，以致其主要能量大都耗散在等离子体加热过程中。 该项研究结果将促进我们进一步澄清太阳射电爆发辐射机制研究中的长期争议。

【图、文：节录自中国科学院紫金山天文台网页；新闻资讯由林景明提供】研究全文刊登在2022年3月31日出版的《天体物理学报》；标题是：Plasma Emission versus Electron Cyclotron Maser Emission due to Power-law Energetic Electrons in Differently Magnetized Coronal Plasmas

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