Что можно узнать из низкочастотной радиоастрономии, доступной за пределами ионосферы Земли?

Космические аппараты Wind , STEREO , Parker Solar Probe и Solar Orbiter оснащены радиоприборами, которые наблюдают за радиочастотным излучением от нескольких кГц до ~ 10-20 МГц.

В Wilson et al. есть целый раздел . [2021], посвященный обсуждению новых открытий, сделанных в результате запуска Wind в радиоастрономии, в частности, наблюдений за Солнцем. Одна из основных вещей, которую мы исследуем в диапазоне от кГц до нескольких десятков МГц, называется солнечными радиовсплесками . Большинство из них генерируются косвенно заряженными электронами. То есть электроны возбуждаются до достаточно высоких энергий, чтобы быть неустойчивыми к чему-то вроде неустойчивости выпуклости на хвосте , которая излучает ленгмюровские волны . Затем эти ленгмюровские волны подвергаются некоторому типу нелинейного взаимодействия волна-волна (мы еще не выяснили, какой именно), что приводит к излучению ионно- акустической волны .и так называемая свободная мода , которая обычно является обычной модой , иногда называемой О-модой, это левополяризованные (по отношению к квазистатическому магнитному полю) электромагнитные волны с собственными частотами выше локальной верхней гибридной частоты. (в солнечном ветре это в основном то же самое, что и плазменная частота ).

В любом случае радиоизлучение, которое мы наблюдаем дистанционно с помощью этих космических аппаратов, служит нескольким целям. Во-первых, это индикатор локальной плотности плазмы, из-за которой возникло излучение (т. е. потому, что излучаемая радиоволна чуть выше локальной плазменной частоты). Это можно использовать для определения радиального расстояния от Солнца, где возникла эмиссия, или можно вывести модель полной электронной плотности на основе этих эмиссий.

Вторая цель состоит в том, что один из типов солнечных радиовсплесков, тип II, имеет интересное сосуществующее явление. То есть каждый раз, когда происходят события с крупными солнечными энергетическими частицами (SEP) , происходит связанный с ними радиовсплеск II типа. Тип II полезен, потому что он возникает в результате локального ускорения электронов распространяющейся межпланетной ударной волной. Таким образом, мы можем проследить скорость и расстояние до падающего толчка и обеспечить (очень маленькое) заблаговременное предупреждение о потенциальных событиях SEP и/или геомагнитных бурях .

Радиовсплески типа II медленно дрейфуют по частоте в зависимости от времени по сравнению, скажем, с радиовсплесками типа III. Считается, что последние возникают в результате ускорения электронов в солнечных активных областях, поэтому скорость дрейфа частоты может информировать пользователя о скорости электронного луча, если известен радиальный профиль электронной плотности. С нашими недавними измерениями на месте от Parker Solar Probe у нас есть лучшие ограничения на радиальный профиль полной электронной плотности и напряженности магнитного поля.

Наконец, если мы будем осторожны и правильно откалибруем вещи и приложим кропотливые усилия для правильной калибровки уровней шума каждой частоты, мы сможем провести подробные и длительные измерения галактического фона, что полезно для радиоастрономии.

Хорошо, последнее замечание: мы также можем наблюдать радиоизлучение, возникающее от электронов в магнитосфере Юпитера .

Обновление
Обратите внимание, что от 25- ^го до 75 ^-го процентиля для полной электронной плотности вблизи Земли ~ 5,7-13,0 см ^-3 со средним значением ~ 8,6 см ^-3 . Это приводит к плазменной частоте ~17,2-42,5 кГц со средним значением ~26,3 кГц [например, см. Таблицу 6 в Wilson et al. , 2021]. Полная концентрация электронов в солнечной короне больше на ~5-8 порядков, в зависимости от радиального расстояния.

Также отметим, что электронная циклотронная частота вблизи Земли составляет ~80-410 Гц при медиане ~162 Гц, т. е. намного меньше плазменной частоты. Таким образом, верхняя гибридная частота в большей части солнечного ветра в основном совпадает с плазменной частотой.

Рекомендации

• Бэйл, С.Д., и др., "Инструментальный набор FIELDS для Solar Probe Plus", Space Sci. 204 (1-4), стр. 49-82, doi: 10.1007 /s11214-016-0244-5 , 2016.
• Бужере, Ж.-Л. и др., «Волны: исследование радио- и плазменных волн на ветровом космическом корабле», Space Sci. Rev. 71 (1-4), стр. 231-263, doi: 10.1007/BF00751331 , 1994.
• Бужере, Ж.-Л. и др., "S/WAVES: исследование радио- и плазменных волн в рамках миссии STEREO", Space Sci. Rev. 136 (1-4), стр. 487-528, doi: 10.1007/s11214-007-9298-8 , 2008.
• Максимович М. и др., "Прибор Solar Orbiter Radio and Plasma Waves (RPW)", Astron. & Астрофиз. 642 (A12), стр. 23, doi: 10.1051/0004-6361/201936214 , 2020.
• Уилсон Л.Б. и соавт. , «Четверть века открытий ветровых космических аппаратов», Обзоры геофизики 59 (2), стр. e2020RG000714, doi: 10.1029/2020RG000714 , 2021.