槎山太阳观测站米波高性能太阳射电频谱系统试运行之二

——米波太阳射电尖峰爆发的谐波结构

太阳射电信号的观测与研究在太阳、空间物理学及相关空间天气预报应用中，具有独特的价值。为了得到一手科学数据和开发新的太阳射电观测技术，山东大学空间科学研究院在荣成槎山南侧建造了槎山太阳观测站(Chashan Solar Observatory: CSO）,安装了独立自主设计开发的米波高性能太阳射电频谱观测系统。图1为观测站的外观图。

在太阳射电动态频谱图上，太阳射电尖峰(spike)是一种窄带的射电爆发，带宽约为几MHz，爆发峰值总持续时间<100 毫秒。太阳射电尖峰辐射可表现为窄带的iii型暴，尖峰，dots，亚秒级的团块、群组和链条以及其他的窄带特征结构(benz, 1986；bouratzis et al., 2015, 2016)。

有时，太阳射电尖峰还表现出谐波特征，这种谐波结构一直是射电观测和理论研究的一个重要课题（黄光力，2009）。Benz & Gudel (1987)首次报道了尖峰的谐波结构，他们利用Zurich频谱仪的观测数据(观测频率范围为100-1000 MHz，时间分辨为25-100 ms)分析了36例尖峰爆发事件，发现其中一例事件中不同频率上的两辐射条带具有相似特征，两辐射条带的频率之比为1:1.39，并认为这两辐射条带对应不同级次谐波的辐射。后来，Gudel (1990)和Krucker & Benz (1994)又对太阳射电尖峰的谐波特征做了进一步研究。其中，Gudel(1990)分析了Zurich频谱仪的观测数据，这个频谱仪的频率范围为100-3000 MHz，时间分辨为50-250毫秒。作者在文中给出了发生于1980-1990年间9段具有太阳射电尖峰谐波特征的事例；发现射电尖峰的谐波不仅限于2和3次，还有5次、6次，甚至8次谐波。这些事件的基波(未观测到)频率为170-350 MHz，处于米波频率范围；另外，信号的强度随着谐波次数增高变强。他还试图测量低次谐波相对高次谐波的时间延迟，发现时延很可能小于50 ms，低于观测数据的时间分辨率，未能最终确定低次谐波的时延

我们利用槎山太阳观测站6米抛物面天线频谱系统（图2所示）的观测数据首次测量给出了低次谐波相对高次谐波的时延大小。2016年7月18日，观测系统记录了一例太阳射电尖峰爆发事件（图3），这个射电尖峰辐射的频谱中有多个时间段表现出谐波特征，同时具有二、三和四次谐波或者只有三、四次谐波，低（二、三）次谐波比高（四）次谐波被观测到的时刻较晚（图4）；其中，二（三）次谐波相对四次谐波的时间延迟约为30-40(10) ms。基于电子回旋脉泽辐射机制，我们分析讨论了低次谐波时延的成因，并诊断出射电辐射源区附近区域的磁场强度、电子数密度等日冕参数（图5）。相关文章已被Solar Physics接收，将于近期发表，感谢国家自然科学基金和山东省自然科学基金的资助。

现观测站已常规运行，可提供高质量的米波太阳射电动态频谱图，但仍存在很大的提升空间，具体如下。1、提高数据的“精度”，包括测量精度和时间分辨精度，即高时间分辨、高精度地给出米波太阳射电辐射的总流量和圆极化强度。2、加入空间环境地基监测网(子午工程二期)，成为国家重大科技基础设施的一员。基于该项目，观测站将建一套更大的抛物面（12-15米）观测系统，系统的灵敏度更高。3、开展科学普及工作，服务于荣成区域的中小学生与群众。观测站在完成科研数据采集的基础上，利用已有的观测设施，开展科学普及工作。完成这三条内容，观测站将可发挥更大作用。

图一

图二

图三

图四

图五