本课题组的博士生张沛锦，王传兵教授和英国Glasgow大学的Eduard Kontar教授以及美国NJIT的余思捷博士合作使用国际先进的低频射电阵列LOFAR(LOw-Frequency Array) 对于太阳III型射电暴的观测，首次定量讨论了III型射电暴的源区位置和时间宽度的关系，该成果于近日发表在国际天文学top期刊The Astrophysical Journal上 (原文 )， 该工作被CESRA (The Community of European Solar Radio Astronomers)收录为射电科学亮点工作（Highlight）。

  太阳III型射电暴由太阳爆发活动中注入开放磁力线的，向外运动的高能电子束流激发。根据传统的等离子体辐射机制，这些电子束流激发出频率为1倍或2倍当地等离子体频率的电磁波。日冕的电子密度沿径向减小，所以III型暴在频谱中体现出从高频到低频的快速频率漂移特征。同时，在单频率通道，可观测到III型暴辐射强度随后时间变化的增长相和衰减相，以及相应的持续时间宽度。

  从1970年代开始，有大量分析III型暴时间宽度的观测和理论研究工作。一般认为，影响III型暴的时间宽度的可能物理因素有：（1）速度色散效应，束流电子内部的速度差异导致其到达某一高度的时间不同，产生频谱上的时间加宽；（2）背景等离子体密度的不均匀性 (Roelof & Pick, 1989)；（3）散射和折射对射电波传播路径的影响；（4）射电波自身的激发和衰减时间。但那一种是关键因素，仍不清楚。

观测

  LOFAR是由2.5万个小型天线组成的射电网络阵，其在波束成像（beam-forming）观测模式下,可以同时获得具有高时间分辨率、高频率分辨率的射电成像和动态谱(van Haarlem et al., 2013) 。这为我们分析III型暴的辐射源区位置与其持续时间宽度的关系，提供了难得的机会。

  图1(上)展示了一个LOFAR观测的发生在2015年5月6日的III型暴的动态谱，其时间宽度为3~5秒，与一个日面边沿的耀斑相关。图1(下)展示了这个III型暴动态谱中的前沿、峰值和尾部的辐射源的中心位置在天空平面的分布。可以看出，不同部分的源在空间上呈现出分离。由不同频率（时间）的源位置给出的前沿，峰值和尾部的源的径向移动速度分别是 0.42、0.25和0.16倍光速。

图1 (上)III型暴的动态谱，(下) III型暴在不同时间（或频率）段的源区位置。图中红色绿色和黑色分别代表射电暴动态谱中的前沿、峰值和尾部。 

结论

通过对动态谱中不同频率和不同时间的射电辐射的源区位置的分析，可以估计不同因素对III型暴持续时间宽度的贡献。其中，电子速度色散对时间宽度的贡献，可以由射电源到达某个给定高度的时间分布得到；而背景等离子体密度不均匀性对时间宽度的贡献，可以根据具有相同高度的射电源的频率分布来估计密度涨落的幅度来得到 (Roelof & Pick, 1989)。表1展示了相应的结果，其中第2-4列分别是密度涨落的幅度、密度不均匀性对时间宽度的贡献和电子速度色散的贡献，第五列是频谱中的观测结果。

综合分析表明，在30-41MHz这个波段里，电子束流的速度差异是决定III型暴持续时间宽度的主要物理因素。

表1 III型射电暴的观测时间宽度，以及由源的位置给出的各个因素的贡献

注： 第一列是高度，第二列是对应频率，第三列是密度涨落的幅度，第四列是密度不均匀性对时间宽度的贡献，第五列是电子速度色散对时间宽度的贡献，第六列是频谱中的观测时间宽度。

参考文献

van Haarlem, M. áP, et al. Astronomy & astrophysics 556 (2013): A2.  

(https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2013A&A...556A...2V/abstract)

Roelof, E. C., and M. Pick. Astronomy and Astrophysics 210 (1989): 417-424.

 (https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1989A%26A...210..417R)