日冕磁镜效应的观测证据：“N”型太阳射电暴

在太阳爆发活动中，粒子主要通过两个过程获得加速，即激波和磁场重联。被加速的高能电子在运动过程中可激发相干的等离子体辐射，称为射电爆发。根据辐射在射电动态频谱图上不同的频率漂移特征，可分为I-V型射电暴五种类型，如图1所示。其中，研究最为充分的是II型暴和III型暴。III型暴表现为随时间由高频到低频的快速漂移，被认为是耀斑（磁重联）过程加速的高能电子沿开放磁力线向外传播时激发的辐射，因此频漂反映了电子束的速度（约0.1-0.3倍光速）。II型暴的频漂相对较小，被认为是由激波加速（并被束缚于附近）的高能电子产生的，因此频漂反映了激波传播的速度（约几百至上千公里每秒）。

图1：不同类型太阳射电暴的示意图。

当然，在实际观测中，人们可以观测到许多更为复杂的形态，反映了高能电子的传播方向、经历的大尺度磁场位形或密度结构等（如Kong et al., 2012, 2015, ApJ; Feng et al., 2012, 2013, ApJ）。如图2所示，如果高能电子束被注入到日冕闭合磁环中，则可能产生如字母J, U, N等的谱形。根据它们的形态，分别称作J型，U型和N型暴，实为类似III型暴的变种。其中，N型暴非常少见，它的第三分支是由被反射的电子束产生的，因此是日冕中存在磁镜效应的一个重要证据。

图2：III型暴（上图）和J，U，N型暴（下图）的射电谱及产生机制示意图。

在本工作中，我们报道了一个迄今为止最好的N型暴观测事件（见图3射电谱）。首次通过结合NRH射电成像和SDO/AIA极紫外日冕观测，证实了它确实是由同一高能电子束沿大尺度闭合磁场传播并发生反射所激发的辐射。如图4所示，N型暴的第1支辐射与第2和3支辐射的源区分别位于大尺度闭合磁场结构的两侧（并具有相反符号的偏振）。同时，还发现了一些目前射电辐射理论还不能完全解释的观测结果。这揭示了人们对由电子束激发的等离子体辐射过程的认识还远远不够。

图3：发生于2014年5月6日的N型射电暴。其中高频段（>110 MHz）为谐频辐射，低频段为基频。

图4：SDO/AIA 171波段的图像表明耀斑（高能电子源区）发生于大尺度闭合磁场结构的一侧足点（活动区12055），彩色等值线为NRH对N型暴3支辐射在150和173 MHz成像所得的源区位置，黑色曲线为势场外推模型得到的连接耀斑和射电源的磁力线。

该研究结果已被The Astrophysical Journal接受，将于近期发表。这一研究得到了国家自然科学基金和山东省自然科学基金的支持。（Observation of a Metric Type N Solar Radio Burst, Xiangliang Kong, Yao Chen, Shiwei Feng, et al.,论文链接http://adsabs.harvard.edu/abs/2016arXiv160800093K）