ALF radiopulsen: observaties
Zonne-radiowaarnemingen bieden waardevolle informatie over de energetische verschijnselen in de zonatmosfeer en worden gebruikt voor een vroege diagnose ervan. In het bijzonder manifesteren zonne-radiopulsen van type III en II respectievelijk zonnevlammen en plasmawolken. Deze energetische gebeurtenissen beïnvloeden de stralingsstaat van de ruimte nabij de Aarde en kunnen ernstige geomagnetische stormen veroorzaken.
Met behulp van de grote radiotelescoop URAN-2 (Oekraïne) bestuderen we ALF-radiopulsen - zwakke zonne-radiopulsen in het frequentiebereik 20-30 MHz. ALF-pulsen waren voorheen niet zichtbaar vanwege de lagere gevoeligheid en resolutie van vroegere radiotelescopen. Vergelijkbaar met type III pulsen komen ALF-pulsen vaak gelijktijdig voor met zonnevlammen.
In Figuur 2 tonen we het radiospectrogram van een met zonnevlammen verwante gebeurtenis die geregistreerd is op 18 april 2014, en waarin verschillende ALF-pulsen geïdentificeerd worden (omringd door stippellijnen). Met het meten van de polarisatie van radio-emissie (onderste paneel van Fig. 2), maakt URAN-2 het mogelijk om zeer zwakke ALF-pulsen te identificeren die niet duidelijk zichtbaar zijn in het emissievermogen (bovenste paneel van Fig. 2).
De gemeten ALF-parameters (frequentie-driftsnelheden δf/δt ∼ -0.1 MHz/s, relatieve frequentie-bandbreedtes δf/f ≳ 0.01, en duur van de pulsen δt ∼ 3 s) stellen ALF-pulsen duidelijk apart van de vroeger bekende pulstypes.
ALF-radiopulsen: de theorie
Het feit dat de emissiebronnen van ALF-pulsen zich voortplanten aan bijna Alfvén-snelheden suggereert een generatiemechanisme waarbij Alfvén-golven betrokken zijn. Om ALF-pulsen duidelijk zichtbaar te maken moeten de verantwoordelijke Alfvén-golven de plasmadichtheid verstoren, wat impliceert dat kinetische effecten over het geheel actief zijn. Deze, en andere eigenschappen van ALF-pulsen afgeleid van radiospectrogrammen, krijgen een natuurlijke verklaring in het model waarin periodieke kinetische Alfvén-golven (KAW's) die zich opwaarts bewegen in de zonnecorona op heliocentrische afstanden ∼ 2 zonneradii opgenomen zijn. Dergelijke KAW’s kunnen gegenereerd worden door magnetische herverbinding in zonnevlammen.
Het belangrijkste element van het voorgestelde generatiemechanisme is dat de KAW’s met Langmuir-golven kunnen variëren en deze verzamelen (deze Langmuir-golven waren eerder aangeslagen door de elektronenbundels die sneller zijn dan KAW's). De belangrijkste stappen van het voorgestelde scenario voor het onstaan van KAW’s worden schematisch weergegeven en toegelicht in Figuur 3.
Onze theorie verklaart niet alleen de frequentie-driftsnelheden van ALF-pulsen, maar ook hun onmiddellijke frequentie-bandbreedtes, -duren en -levensduren. Aan de andere kant voorspelt het eigenschappen van KAW’s binnen de zonatmosfeer waar zonnevlammen ontstaan.
Alle theoretisch voorspelde KAW-parameters, magnetische amplituden Bk/B0∼ 0.02, hoekfrequenties ωk ≲ 1 rad s⁻¹, en loodrechte golfgetallen k⊥ρi ∼ 1 (B0 is het coronale achtergrond-magnetisch veld, ρi is de ionengyroradius) zijn redelijk en compatibel met de waarnemingen. Deze KAW's zijn niet alleen bronnen voor ALF-radiopulsen, maar dragen ook bij aan de processen van energie-afgifte en -transport in de zonatmosfeer.
De theoretisch beperkte golf- en plasmaparameters in de zonnecorona boven actieve gebieden kunnen gebruikt worden bij het modelleren van plasmawolken en zonne-energetische deeltjes.
