Всплески солнечного радиоизлучения типа III генерируются пучками энергичных электронов, распространяющимися в межпланетном пространстве. Эти электронные пучки, высвобождаемые Солнцем, движутся вдоль спирали Паркера и порождают волны Лангмюра через кинетическую нестабильность в функции распределения скоростей электронов.
Образующиеся волны Лангмюра впоследствии преобразуются в моды, создавая радиоизлучение на частоте плазмы или её гармонике.
Волны Лангмюра — это электростатические волны, генерирующие флуктуации электрического поля вдоль линии локального магнитного поля. Как сообщалось Маласпиной и другими (2011), во время in situ типа III также наблюдались поперечные электрические поля, что позволяет предположить, что наблюдаемые волны не всегда имеют чисто электростатическую природу.
Как предположил Краусс-Варбан (1989), поляризация таких волн может быть объяснена обобщённой моделью Лангмюра/Z-моды с наклонными волновыми векторами. У этих волн также есть магнитная составляющая, о которой впервые сообщили Скарф и другие (1970) на основе наблюдений OGO 5 и более недавно подтвердили с помощью PSP (Лароса и др., 2022).
В нашей статье (Форманек и др., 2025) мы представляем первый анализ поляризации, включающий магнитную составляющую волн Лангмюра/Z-моды, наблюдаемую Solar Orbiter во время всплеска in situ типа III.
Наблюдения in situ во время анализируемого события типа III
Рисунок 1. Сверху: спектрограмма радиоизлучения и волн Лангмюра, выделены три выбранных временных интервала. Внизу: измерение электронного пучка с помощью датчика супратепловых энергетически активных частиц (STEP) системы анализатора электронов Solar Wind Analyser (SWA) и детектора энергичных частиц (EPD).
Анализ поляризации
Мы сосредоточены на всплеске радиоизлучения типа III in situ, наблюдаемом 22 сентября 2022 года, как показано на рисунке 1. Используя Time Domain Sampler (TDS) для анализа радиоволн и плазменных волн (RPW), мы анализируем формы сигналов двух компонентов электрического поля и одного компонента магнитного поля.
Кроме того, распределение скоростей электронов измерялось с помощью системы анализатора электронов (EAS) Solar Wind Analyser (SWA) и датчика супратепловых электронов и протонов детектора энергичных частиц (EPD). Эти наблюдения также имеют решающее значение для нашего анализа поляризации, поскольку они обеспечивают необходимый вход для решателя дисперсионных соотношений, который мы использовали для получения теоретического прогноза поляризации волны.
На рисунке 2 мы показываем дисперсионное соотношение и выделяем два интервала волновых чисел (OR1 и OR2), где отношение амплитуд наблюдаемых электрического и магнитного компонентов соответствовало теоретическому решению.
Рисунок 2. Дисперсионное соотношение Лангмюра/Z-моды и свободного пространства L-O-моды с волновыми векторами, параллельными (пунктирные линии) и под углом θ=43° (сплошные линии) от магнитного поля. Области, выделенные серым цветом, соответствуют наблюдаемому отношению E/cB электрического и магнитного полей.
На рисунке 3 мы сравниваем наблюдаемые и предсказанные относительные фазы между компонентами. Пунктирные линии показывают наблюдаемые относительные фазы между компонентами Ey, Ez и BMF. Сплошные линии показывают теоретический прогноз для волнового вектора в интервале OR2 в зависимости от азимутального угла $\alpha$ волнового вектора.
Выводы
Наблюдаемая форма волны показала поперечную электрическую составляющую с эллиптической поляризацией и когерентную магнитную составляющую поля. Наши результаты подтверждают, что наблюдаемая поляризация волны согласуется с наклонно распространяющейся Лангмюровской/Z-модой при низких волновых числах.
Решение дисперсионного соотношения указывает на то, что пучковая нестабильность может напрямую возбуждать рост волн под наклонными углами волнового вектора. Хотя несколько механизмов могут быть ответственны за последующее уменьшение величины волнового вектора, возможным механизмом достижения наблюдаемой поляризации является распространение через градиенты плотности.
Дополнительная информация
На основе недавней статьи Formánek, T. et al., 2025, Polarization Analysis of Type III Langmuir/Z-mode Waves with Coherent Magnetic Component Observations by Solar Orbiter, ApJL, Volume 985, Issue 2 DOI: 10.3847/2041-8213/add687.
Контакт автора: formanek@ufa.cas.cz
Ссылки
Formánek, T.; Santolík, O.; Souček, J. et al.: 2025, ApJL, Volume 985, Issue 2
Krauss-Varban, D.: 1989, JGR, Vol. 94, Issue A4
Larosa, A.; Dudok de Wit, T.; Krasnoselskikh, V. et al.: 2022, ApJ, Volume 927, Issue 1
Malaspina, D. M., I. H. Cairns, and R. E. Ergun: 2011, Geoph. Res. Lett., 38, L13101
Scarf, F. L.; Fredricks, R. W.; Green, I. M. et al.: 1970, JGR, Vol. 75, Issue 19