Was kann man aus der Niederfrequenz-Radioastronomie lernen, die außerhalb der Ionosphäre der Erde verfügbar ist?

Die Raumfahrzeuge Wind , STEREO , Parker Solar Probe und Solar Orbiter tragen alle Funkinstrumente, die Hochfrequenzemissionen von einigen kHz bis zu ~10-20 MHz beobachten.

Es gibt einen ganzen Abschnitt in Wilson et al. [2021] widmete sich der Erörterung der neuartigen Entdeckungen, die sich aus der Einführung von Wind in der Radioastronomie ergaben, insbesondere Sonnenradiobeobachtungen. Eines der wichtigsten Dinge, die wir im Bereich von kHz bis zu einigen 10 MHz untersuchen, sind sogenannte Solar Radio Bursts . Die meisten davon werden indirekt durch energetisierte Elektronen erzeugt. Das heißt, Elektronen werden auf ausreichend hohe Energien angeregt, um instabil zu werden, so etwas wie eine Bump-on-Tail- Instabilität, die Langmuir-Wellen ausstrahlt . Diese Langmuir-Wellen durchlaufen dann eine Art nichtlineare Welle-Welle-Wechselwirkung (wir haben immer noch nicht genau herausgefunden, welche), was zur Emission einer Ionen-Schallwelle führtund ein sogenannter freier Modus , der gewöhnlich ein gewöhnlicher Modus ist – manchmal O-Modus genannt, dies sind linkshändig polarisierte (in Bezug auf das quasi-statische Magnetfeld) elektromagnetische Wellen mit Eigenfrequenzen oberhalb der lokalen oberen Hybridfrequenz (beim Sonnenwind ist dies im Grunde dasselbe wie die Plasmafrequenz ).

In jedem Fall dient die Funkemission, die wir mit diesen Raumfahrzeugen aus der Ferne beobachten, mehreren Zwecken. Das erste ist, dass es ein Tracer der lokalen Plasmadichte ist, aus der die Emission entstand (dh weil die emittierte Radiowelle gerade etwas über der lokalen Plasmafrequenz liegt). Dies kann verwendet werden, um den radialen Abstand von der Sonne zu bestimmen , wo die Emission ihren Ursprung hat, oder man kann aus diesen Emissionen ein Gesamtelektronendichtemodell ableiten.

Der zweite Zweck ist, dass einer der solaren Radioburst-Typen, Typ II, ein interessantes koexistierendes Phänomen aufweist. Das heißt, jedes Mal, wenn es große solarenergetische Teilchen (SEP) -Ereignisse gibt, gibt es einen damit verbundenen Radioburst vom Typ II. Ein Typ II ist nützlich, weil er aus Elektronen resultiert, die lokal durch eine sich ausbreitende interplanetare Stoßwelle beschleunigt werden. Auf diese Weise können wir die Geschwindigkeit und Entfernung zum Ereignisstoß nachverfolgen und eine (sehr kurze) Vorwarnzeit für potenzielle SEP-Ereignisse und/oder geomagnetische Stürme bereitstellen .

Funkbursts vom Typ II driften langsam in der Frequenz gegenüber der Zeit im Vergleich zu beispielsweise Funkbursts vom Typ III. Es wird angenommen, dass letztere aus Elektronen resultieren, die in sonnenaktiven Regionen beschleunigt werden, und so kann die Frequenzdriftrate den Benutzer über die Elektronenstrahlgeschwindigkeit informieren, wenn man das radiale Elektronendichteprofil kennt. Mit unseren jüngsten In-situ-Messungen von Parker Solar Probe haben wir bessere Einschränkungen für das radiale Profil der Gesamtelektronendichte und der Magnetfeldstärke.

Schließlich können wir, wenn wir vorsichtig sind und die Dinge richtig kalibrieren und uns akribisch bemühen, die Rauschpegel jeder Frequenz richtig zu kalibrieren, detaillierte und lang andauernde Messungen des galaktischen Hintergrunds durchführen, was für die Radioastronomie nützlich ist.

Okay, ein letzter Punkt: Wir können auch Radioemissionen beobachten, die von Elektronen in der Jupiter-Magnetosphäre ausgehen .

Update
Beachten Sie, dass das 25. ^bis 75. ^Perzentil für die Gesamtelektronendichte in der Nähe der Erde ~5,7-13,0 cm ^-3 mit einem Median von ~8,6 cm ^-3 beträgt . Dies führt zu einer Plasmafrequenz von ~17,2–42,5 kHz mit einem Median von ~26,3 kHz [z. B. siehe Tabelle 6 in Wilson et al. , 2021]. Die Gesamtelektronendichte in der Sonnenkorona ist je nach radialer Entfernung um ~5-8 Größenordnungen größer.

Beachten Sie auch, dass die Elektron- Zyklotron-Frequenz in der Nähe der Erde ~80-410 Hz mit einem Median von ~162 Hz beträgt, dh viel viel kleiner als die Plasmafrequenz. Daher ist die obere Hybridfrequenz in den meisten Sonnenwinden im Grunde dieselbe wie die Plasmafrequenz.

Verweise

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• Wilson, LB, et al. , „A Quarter Century of Wind Spacecraft Discoveries“, Reviews of Geophysics 59 (2), S. e2020RG000714, doi: 10.1029/2020RG000714 , 2021.