近日，空间科学攀登团队太阳爆发与射电技术课题组在耀斑间歇重联的微波辐射研究方面取得进展，成果以“A Multi-Peak Solar Flare with a High Turnover Frequency of The Gyrosynchrotron Spectra from the Loop-Top Source”为题被国际期刊The Astrophysical Journal（JCR分区1区，https://arxiv.org/abs/2405.03116）接受发表。该文第一作者为武昭老师，通讯作者为陈耀教授，合作者包括俄罗斯科学院日地物理研究所Kuznetsov研究员、Pulkovo天文台Melnikov研究员等。
太阳耀斑期间，可加速产生高能电子，进而激发出从射电到X射线的多波段电磁辐射。耀斑高能电子加速与辐射机制和过程是相关研究的核心课题。在耀斑辐射流量观测中，常可观测到多峰结构。通常认为，多峰结构源自耀斑过程中的间歇性重联：各辐射峰对应于次第发生的重联过程。关于多峰结构的微波辐射源区、频谱与对应高能电子性质及差异等，还需通过最新观测设备与辐射建模进行研究。
近年来，国内外陆续建成了系列天地基太阳耀斑观测设备，包括如西伯利亚日像仪SRH、槎山毫米波连续谱仪CBSmm、先进天基太阳天文台ASO-S等；同时基于观测数据与回旋同步辐射机制新发展了GX Simulator等模型与反演方法，为认识耀斑高能电子加速与辐射过程提供了新的契机。课题组于2021年实现了CBSmm对35–40 GHz太阳微波爆发的常规观测，并开展了多次与SRH、NoRP等台站的联合观测，探测到一批微波辐射翻转频率大于~15 GHz的耀斑事件。此类高翻转频率事件常对应于M5.0级以上的强耀斑，较一般事件具有更为有效的高能电子加速效率和更强的源区磁场，相关研究对于理解耀斑能量释放与空间天气灾害预警预报具有重要意义。
武昭等研究了2023年5月9日M6.5级耀斑期间观测到的多峰结构，发现该事件为典型的高翻转频率事件，多峰期间微波谱翻转频率始终保持在15-25 GHz之间，各峰值微波辐射特征相似（见图1（a）），且微波峰值辐射流量高达数千SFU；呈现高频域硬化光薄谱，谱指数αtn分布在-1.2至-0.4之间。微波成像观测也表明，各峰值辐射源区存在相似的动力学演化：微波源位于耀斑重联中性线附近，并随重联顺序移动；此外，还发现各峰值微波源均呈显著的空间色散趋势，随频率升高向足点移动（见图1（b））。这些结果表明：此例耀斑产生了多次高能电子加速，相应高能电子的空间分布与能谱特征相似，均具有很“硬”的电子能谱指数；正是这些高能电子产生了耀斑微波与硬X射线辐射的多峰结构。
图1. 2023年5月9日M6.5级耀斑主峰期间微波频谱（a）与成像（b）观测。
进一步研究表明，可基于Fokker-Planck方程模拟所得的耀斑环高能粒子分布与GX模型正演模拟结果再现上述主要观测特征。模拟采用了相同的耀斑磁场分布和高能电子空间分布，仅改变了高能电子的密度大小，便可在各峰值处很好拟合CBS的35-40 GHz数据以及SRH数据主要特征（图2(d-f)），拟合所得微波源随频率分布特征也与SRH数据一致（图2(a-c)）。
图2.基于GX Simulator的耀斑微波辐射成像（a-c）和频谱（d-f）建模。
自2021年起，课题组先后建成了包括世界首套毫米波太阳宽带谱仪在内的5套太阳射电望远镜，逐渐形成了完善的全波段、成谱太阳射电观测系统。其中，毫米波（CBSmm）、米波（CBSm）、分米波（CBSdm）和厘米波（CBScm）望远镜分别于2021、2022、2023和2024年投入常规观测，取得了一批自主观测数据。课题组已将所观测到的耀斑事件与相应事件概图公开发布，网址为：http://47.104.87.104/SRData/。
课题组利用CBSmm自主数据的科研成果包括：
Wu Zhao#, Kuznetsov Alexey, Anfinogentov Sergey, Melnikov Victor et al., A Multi-Peak Solar Flare with a High Turnover Frequency of The Gyrosynchrotron Spectra from the Loop-Top Source, 2024, ApJ,https://arxiv.org/abs/2405.03116
Yan Fabao#, Wu Zhao#, Shang Ziqian et al., The First Flare Observation with a New Solar Microwave Spectrometer Working in 35–40 GHz, 2023, ApJL, 942, L11
以上研究工作得到了国家自然科学基金委项目的资助。
