Anisotropisk radiobølgespredning i solkoronaen

Solar radioemission produceres i det turbulente medium i solatmosfæren, og dets observerede egenskaber (kildeposition, størrelse, tidsprofil, polarisering, osv.) er væsentligt påvirket af udbredelsen af ​​radiobølgerne fra senderen til observatøren. Spredning af radiobølger på tilfældige tæthedsuregelmæssigheder har længe været anerkendt som en vigtig proces til fortolkning af radiokildestørrelser (f. Steinberg et al. 1971), positioner (f.eks. Fokker 1965; Stewart 1972), retningsbestemt (f.eks. Thejappa et al. 2007; Bonnin et al. 2008; Reiner et al. 2009), og intensitet-tidsprofiler (f.eks. Krupar et al. 2018, Bian et al. 2019). Mens en række Monte Carlo-simuleringer er blevet udviklet til at beskrive radiobølgespredning (mest for isotrope tæthedsudsving), ikke alle er enige. Nærværende arbejde behandler dette vigtige problem både ved at udvide og forbedre de tidligere beskrivelser.

I den seneste avis, forskere gennemgik den numeriske Monte Carlo-teknik, der blev brugt til at løse Langevin-ligningerne, der modellerede både kildestørrelser og tidsprofiler. Isotrop spredning er ikke i overensstemmelse med observationer af solenergi-radiokildestørrelser og tidsprofiler. Derfor, forskerne konstruerede en ny model, der tillader kvantitativ analyse af radiobølgeudbredelse i et medium, der indeholder en aksial symmetrisk, men anisotropisk, spredningskomponent. Eksplicitte udtryk for Langevin-ligningerne i tilfælde af anisotrop spredning blev afledt og præsenteret i afsnit 3.2 i Kontar et al. (2019).

Kildernes egenskaber, som opnået fra strålesporingssimuleringerne (se figur 1), blev undersøgt under antagelse af, at fotonerne forplantede sig i forskellige vinkler i forhold til observatørens sigtelinje (LOS) (se figur 2). Forskerne fandt ud af, at FWHM-kildestørrelsen langs x-retningen falder med stigende vinkel fra LOS, hvorimod FWHM-kildestørrelsen i y-retningen kun ændres svagt. Interessant nok, selvom radiobølgespredningseffekterne fører til store kildestørrelser, retningsbestemmelsen er overvejende i radial retning; et resultat, der adskiller sig fra tidlige resultater, der tyder på isotropisk retningsbestemmelse (emissionsmønster) på grund af spredning.

Kildestørrelse og tidsprofilmålinger fra de numeriske Monte Carlo-simuleringer blev sammenlignet med observationer af kildestørrelser og henfaldstider over en bred vifte af frekvenser (0,02-500 MHz). Forskerne fandt ud af, at både kildestørrelsen og henfaldstiden for observationerne kun kan matches, hvis der tages hensyn til anisotropi, mens når de ignoreres, kun én af de to ejendomme kan matches ad gangen.

Hovedresultatet af dette arbejde kommer fra sammenligningen af ​​simuleringerne med de kombinerede billeddannelses- og tidsforsinkelsesobservationer som funktion af frekvens. En sådan sammenligning fører os til den konklusion, at observationer af type III solar radio burst størrelser og varigheder, over en bred vifte af frekvenser, kræver anisotrop spredning i hele heliosfæren mellem Solen og Jorden, med en anisotropifaktor 0,3 og med tæthedsudsvingene overvejende vinkelret på den radiale retning. På samme tid, konklusioner vedrørende niveauet af tæthedsudsving afhænger også af, og derfor kræver viden om, de ydre tæthedsskalaer. Den udviklede numeriske model antyder, at anisotropiske tæthedsudsving (lavere effekt i parallel retning) er påkrævet for at tage højde for kildestørrelserne og henfaldstiderne samtidigt, til alle typer radioudsendelser, der udsender plasmaradioemission.