Механизмы генерации зебра-структур в солнечном радиоизлучении на фоне сложных динамических спектров

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Дискуссия о происхождении зебра-структуры продолжается более 50 лет. Во многих работах обычно постулируется, что механизм двойного плазменного резонанса всегда работает, если в магнитной ловушке есть быстрые частицы. По причине ряда трудностей, с которыми сталкивается этот механизм, стали появляться работы по его усовершенствованию, в основном в десятке статей Карлицкого и Яснова, где все обсуждение основывается на изменчивости отношения масштабов изменения магнитного поля и плотности и допуском некой турбулентности плазмы в источнике. Здесь мы показываем возможности альтернативной модели взаимодействия плазменных волн с вистлерами. Было отобрано несколько явлений, в которых ясно, что отношение масштабов изменения не меняется в магнитной петле как источнике зебра-структуры. Было показано, что все основные детали спорадической зебра-структуры в явлении 1 августа 2010 г. (и во многих других явлениях) удается объяснить в рамках единой модели зебра-структуры и радиоволокон (fiber bursts) при взаимодействии плазменных волн с вистлерами. Основные изменения полос зебра-структуры вызываются за счет рассеяния быстрых частиц на вистлерах, приводящих к переключению неустойчивости вистлеров с нормального эффекта Доплера на аномальный. В конце рассматриваются возможности лабораторных экспериментов и сравнивается солнечная зебра-структура с подобными полосами в декаметровом радиоизлучении Юпитера.

Об авторах

Г. П. Чернов

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН)

Автор, ответственный за переписку.
Email: gchernov@izmiran.ru
Россия, Москва, Троицк

В. В. Фомичев

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН)

Email: fomichev@izmiran.ru
Россия, Москва, Троицк

Список литературы

  1. Benáček J., Karlicky M., Yasnov L.V. Temperature dependent growth rates of the upper-hybrid waves and solar radio zebra patterns // Astron. Astrophys. V. 598. ID A108. 2017. https://doi.org/10.1051/0004-6361/201629395
  2. Chernov G.P. Microstructure in the continuous radiation of type IV meter bursts. Modulation of continuous emission by wave packets of whistlers // Sov. Astron. V. 20. № 5. P. 582‒589. 1976.
  3. Chernov G.P. Whistlers in the solar corona and their relevance to fine structures of type IV radio emission // Sol. Phys. V. 130. № 1‒2. P. 75‒82. 1990. https://doi.org/10.1007/BF00156780
  4. Chernov G.P. A manifestation of quasilinear diffusion in whistlers in the fine structure of type IV solar radio bursts // Astron. Rep. V. 40. № 4. P. 561–568. 1996.
  5. Chernov G.P. The relationship between fine structure of the solar radio emission at meter wavelengths and coronal transients // Astron. Lett. V. 23. № 6. P. 827–837. 1997.
  6. Chernov G.P. Solar radio burst with drifting stripes in emission and absorption // Space Sci. Rev. V. 127. № 1–4. P. 195–326. 2006. https://doi.org/10.10007/s11214-006-9141-7
  7. Chernov G.P., Stanislavsky A.A., Konovalenko A.A., Abranin E.P., Dorovsky V.V., Rucker H.O. Fine structure of decametric type II radio bursts // Astron. Lett. V. 33. № 3. P. 192–202. 2007. https://doi.org/10.1134/S1063773707030061
  8. Chernov G.P. Manifestation of quasilinear diffusion on whistlers in the fine structure radio sources of solar radio bursts // Plasma Phys. Rep. V. 31. № 4. P. 314‒324. 2005. https://doi.org/10.1134/1.1904148
  9. Chernov G.P. Unusual stripes in emission and absorption in solar radio bursts: Ropes of fibers in the meter wave band // Astron. Lett. V. 34. № 7. P. 486–499. 2008. https://doi.org/10.1134/S1063773708070074
  10. Chernov G.P. Fine structure of solar radio bursts. Heidelberg: Springer, 282 p. 2011. https://doi.org/10.10007/978-3-642-20015-1
  11. Chernov G.P. Latest data on the fine structure in solar radio emission / LAMBERT Academic Publisher. Riga, Latvia, 284 p. 2019.
  12. Chernov G.P., Fomichev V.V., Sych R.A. A model of zebra patterns in solar radio emission // Geomagn. Aeronomy. V. 58. № 3. P. 394–406. 2018. https://doi.org/10.1134/S0016793218030040
  13. Elgarøy Ø. Observations of the fine structure of enhanced solar radio radiation with a narrow-band spectrum analyser // Nature. V. 184. № 4690. P. 887–888. 1959. https://doi.org/10.1038/184887a0
  14. Fomichev V.V., Fainstein S.M., Chernov G.P. A possible interpretation of the zebra pattern in solar radiation // Plasma Phys. Rep. V. 35. № 12. P. 1032–1035. 2009. https://doi.org/10.1134/S1063780X09120058
  15. Karlický M., Bárta M., Jiřička K., Meszárosová H., Sawant H.S., Fernandes F.C.R., Cecatto J.R. Radio bursts with rapid frequency variations – lace bursts // Astron. Astrophys. V. 375. № 2. P. 638–642. 2001. https://doi.org/10.1051/0004-6361:20010888
  16. Karlický M. Radio continua modulated by waves: Zebra patterns in solar and pulsar radio spectra // Astron. Astrophys. V. 552. ID A90. 2013. https://doi.org/10.1051/0004-6361/201321356
  17. Karlický M. Frequency variations of solar radio zebras and their power-law spectra // Astron. Astrophys. V. 561. ID A 34. 2014. https://doi.org/10.1051/00046361/201322547
  18. Karlický M. Simulations of the solar radio zebra // Astron. Astrophys. V. 661. ID A56. 2022. https://doi.org/10.1051/0004-6361/202142497
  19. Kuijpers J. Collective wave-particle interactions in solar type IV radio sources. Ph.D. Thesis. Utrecht, The Netherlands: Utrecht University. 72 p. 1975.
  20. Kuijpers J. Theory of type IV dm Bursts // Symposium - International Astronomical Union. V. 86. P. 341–361. 1980. https://doi.org/10.1017/S0074180900037098
  21. Kuznetsov A.A., Tsap Yu.T. Loss-cone instability and formation of zebra patterns in type IV solar radio bursts // Sol. Phys. V. 241. P. 127–148. 2007. https://doi.org/10.1007/S11207-006-0351-7
  22. LaBelle J., Treumann R.A., Yoon P.H., Karlický M. A model of zebra emission in solar type IV radio bursts // Astrophys. J. V. 593. № 2. P. 1195–11207. 2003. https://doi.org/10.1086/376732.
  23. Laptuhov A.I., Chernov G.P. New mechanism for the formation of discrete stripes in the solar radio spectrum // Plasma Phys. Rep. V. 32. № 10. P. 866–871. 2006. https://doi.org/10.1134/S1063780X06100060
  24. Laptuhov A.I., Chernov G.P. Concerning mechanisms for the zebra pattern formation in the solar radio emission // Plasma Phys. Rep. V. 35. № 2. P. 160–168. 2009. https://doi.org/10.1134/S1063780X09020081
  25. Litvinenko G.V., Shaposhnikov V.E., Konovalenko A.A., Zakharenko V.V., Panchenko M., Dorovsky V.V., Brazhenko A.I., Rucker H.O., Vinogradov V.V., Melnik V.N. Quasi-similar decameter emission features appearing in the solar and jovian dynamic spectra // Icarus. V. 272. P. 80–87. 2016. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2016.02.039
  26. Mollwo L. Interpretation of patterns of drifting zebra stripes // Sol. Phys. V. 83. № 2. P. 305–320. 1983. https://doi.org/10.1007/BF00157482
  27. Mollwo L. The magneto-hydrostatic field in the region of Zebra patterns in solar type-IV dm-bursts // Sol. Phys. V. 116. № 2. P. 323–348. 1988. https://doi.org/10.1007/BF00157482
  28. Panchenko M., Rošker S., Rucker H.O. et al. Zebra pattern in decametric radio emission of Jupiter // Astron. Astrophys. V. 610. ID A69. 2018. https://doi.org/10.1051/0004-6361/201731369
  29. Selhorst C.L., Silva-Válio A., Costa J.E.R. Solar atmospheric model over a highly polarized 17 GHz active region // Astron. Astrophys. V. 488. № 3. P. 1079–1084. 2008. https://doi.org/10.1051/0004-6361:20079217
  30. Slottje C. Peculiar absorption and emission microstructures in the type IV solar radio outburst of March 2, 1970 // Sol. Phys. V. 25. № 1. P. 210–231. 1972. https://doi.org/10.1007/BF00155758
  31. Slottje C. Atlas of fine structures of dynamics spectra of solar type IV-dm and some type II radio bursts. Utrecht, The Netherlands: Dwingeloo Observatory, 233 p. 1981.
  32. Treumann R.A., Gudel M., Benz A.O. Alfven wave solitons and solar intermediate drift bursts // Astron. Astrophys. V. 236. № 1. P. 242–249. 1990.
  33. Viktorov M., Mansfeld D., Golubev S. Laboratory study of kinetic instabilities in a nonequilibrium mirror-confined plasma // Europhys. Lett. V. 109. № 6. ID 65002. 2015. https://doi.org/10.1209/0295-5075/109/65002
  34. Winglee R.M. and Dulk G.A. The electron-cyclotron maser instability as a source of plasma emission // Astrophys. J. V. 307. P. 808–819. 1986. https://doi.org/10.1086/164467
  35. Yasnov L.V., Chernov G.P. Alternative models of zebra patterns in the event on June 21, 2011 // Sol. Phys. V. 295. № 2. ID 13. 2020. https://doi.org/10.1007/s11207-020-1585-5
  36. Yasnov L.V., Karlický M., Stupishin A.G. Physical conditions in the source region of a zebra structure // Sol. Phys. V. 291. № 7. P. 2037–2047. 2016. https://doi.org/10.1007/s11207-016-0952-8
  37. Yasnov L.V., Karlický M. Magnetic field, electron density and their spatial scales in zebra pattern radio sources // Sol. Phys. V. 295. № 7. ID 96. 2020. https://doi.org/10.1007/s11207-020-01652-w
  38. Zheleznyakov V.V., Zlotnik E.Ya. Cyclotron wave instability in the corona and origin of solar radio emission with fine structure // Sol. Phys. V. 43. № 2. P. 431–451. 1975a. https://doi.org/10.1007/BF00152366
  39. Zheleznyakov V.V., Zlotnik E.Ya. Cyclotron wave instability in the corona and origin of solar radio emission with fine structure. III. Origin of zebra pattern // Sol. Phys. V. 44. № 2. P. 461–470. 1975b. https://doi.org/10.1007/BF00153225
  40. Zheleznyakov V.V., Zlotnik E.Ya., Zaitsev V.V., Shaposhnikov V.E. Double plasma resonance and its manifestations in radio astronomy // Phys.-Usp. V. 59. № 10. P. 997–1120. 2016. https://doi.org/10.3367/UFNe.2016.05.037813
  41. Zlotnik E.Ya., Zaitsev V.V., Aurass H., Mann G., Hofmann A. Solar type IV burst spectral fine structures. II. Source model // Astron. Astrophys. V. 410. № 3. P. 1011–1022. 2003. https://doi.org/10.1051/0004-6361:20031250
  42. Zlonik E.Ya., Zaitsev V.V., Aurass H., Mann G.A. Special radio spectral fine structure used for plasma diagnostics in coronal magnetic traps // Sol. Phys. V. 255. № 2. P. 273–288. 2009. https://doi.org/10.1007/s11207-009-9327-8
  43. Zlotnik E.Y., Shaposhnikov V.E., Zaitsev V.V. Interpretation of the zebra pattern in the Jovian kilometric radiation // J. Geophys. Res. – Space. V. 121. № 6. P. 5307–5318. 2016. https://doi.org/10.1002/2016JA022655

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025