Солнечные вспышки — одни из самых мощных взрывных явлений в атмосфере Солнца. Они высвобождают огромное количество энергии за короткий промежуток времени, что приводит к усилению электромагнитного излучения в различных диапазонах. Эти события представляют серьёзную угрозу для космической среды Земли и деятельности человека в космосе.
Электроны с высокой энергией, ускоренные во время вспышек, излучают миллиметровое излучение через гиросинхротронное излучение, предоставляя уникальную информацию о магнитных полях и процессах высвобождения энергии (Fleishman et al., 2018). Однако данных наблюдений в миллиметровом диапазоне, особенно выше 20 ГГц, крайне не хватало.
Для устранения этого пробела исследовательская группа из Института космических наук Шаньдунского университета успешно разработала миллиметровый спектрометр-радиометр 50–55 ГГц для обнаружения солнечных вспышек, дополнив данные соответствующего диапазона частот.
Установка спектрометра
Спектрометр-радиометр 50–55 ГГц для обнаружения солнечных вспышек установлен на высоте 4200 метров.
Миллиметровое излучение, излучаемое во время солнечных вспышек, отличается высокой эффективностью и чувствительностью к электронам с высокой энергией. Это излучение не только раскрывает информацию об ускоренных электронах, но и предоставляет уникальные сведения о структурах магнитных полей и процессах высвобождения энергии во время вспышек.
Традиционные солнечные радиоинструменты в основном работают ниже 18 ГГц, и данные выше этого диапазона частот ограничены. Этот пробел препятствовал всестороннему пониманию ускорения электронов с высокой энергией и процессов магнитного пересоединения во время солнечных вспышек.
Новый спектрометр-радиометр 50–55 ГГц призван заполнить этот пробел в наблюдениях, предлагая беспрецедентные данные для изучения солнечных вспышек в миллиметровом диапазоне.
Технические характеристики
Разработанный Институтом космических наук Шаньдунского университета, спектрометр-радиометр 50–55 ГГц начал регулярные наблюдения в октябре 2024 года. Система отличается несколькими инновационными разработками и техническими преимуществами:
* Высокая чувствительность и динамический диапазон. Оснащённая антенной Кассегрена диаметром 50 см, система имеет коэффициент шума менее 2,5 дБ и динамический диапазон, превышающий 30 дБ. Она может обнаруживать как тихие солнечные сигналы, так и интенсивные всплески вспышек с высокой точностью.
* Высокое временное разрешение. Система обеспечивает временное разрешение 0,001–1 секунду, что позволяет фиксировать быстрые изменения во время солнечных вспышек и предоставлять подробную временную информацию для исследований вспышек.
* Схема прямого обнаружения. В отличие от традиционных супергетеродинных приёмников, эта система использует метод прямого обнаружения, устраняя нелинейные эффекты и шум, возникающий в аналоговых устройствах (Chang et al., 2024). Такая конструкция расширяет динамический диапазон системы и предотвращает насыщение сигнала во время интенсивных вспышек.
* Многоканальное параллельное получение данных. Система оснащена специально разработанным 4-канальным цифровым приёмником с параллельным получением данных с разрешением 32 бита. Такая конструкция обеспечивает высокую чувствительность и позволяет обнаруживать более слабые всплески вспышек, предоставляя более полные данные для исследований солнечных вспышек.
В декабре 2024 года система успешно зафиксировала первые в мире данные о солнечной вспышке в диапазоне 50 ГГц, зарегистрировав событие вспышки класса X1,5. Данные показали интенсивность излучения и характеристики поляризации в этом диапазоне частот, продемонстрировав способность системы наблюдать излучение электронов с высокой энергией во время вспышек.
Наблюдаемая вспышка имела пиковую плотность потока приблизительно 450 SFU на частоте 50,5–51,5 ГГц, что соответствует типичным отрицательным оптически тонким спектрам. Это достижение не только заполнило пробел в наблюдениях в миллиметровом диапазоне, но и предоставило важные данные для создания моделей солнечного излучения в этом диапазоне частот.
На основе недавно опубликованной статьи: Xu, Z. Zhao, Q. Liu, Q. Li, Z. Wu, G. Lu, Y. Su, Y. Chen, and F. Yan, A 50–55 GHz Millimeter-wave Radiometer Spectrometer for Solar Flare Detection, ApJS 279(1), 29 (2025), DOI: 10.3847/1538-4365/ade0b5
Ссылки:
Fleishman, G. D., Nita, G. M., Kuroda, N., et al. 2018, 301, ApJ, 859, 17
Chang, B. Wang, G. Lu, et al., 2024, ApJS, 272, 21
Shang, K. Xu, Y. Liu, et al., 2022, ApJS, 258, 25