太陽黑子上方極光般的射電輻射

我們都知道，地球上的極光是一種美麗而神秘的自然現象，它是由太陽風中的帶電粒子與地球磁場相互作用產生的。當這些粒子沿着磁力線向兩極降落時，它們會激發大氣中的原子和分子發出不同顏色的光。同時，這些粒子也會產生一種特殊的射電輻射，稱爲電子迴旋脈動輻射，它是一種高度偏振、寬帶和強度很大的射電波，它的頻率與粒子在磁場中的旋轉頻率成正比。這種射電輻射可以被地面或太空的射電望遠鏡探測到，它可以提供有關地球磁層的重要信息。

既然地球上有這樣的現象，那麼太陽上是否也有類似的極光呢？畢竟，太陽也有磁場，也有帶電粒子，也有兩極。事實上，太陽上確實有一些類似於極光的射電輻射，但它們通常是短暫的，持續時間只有幾分鐘或幾小時，而且它們的來源和機制還不是很清楚。但是，最近，我們發現了一種非常罕見的太陽上的極光般的射電輻射，它不僅持續了一個多星期，而且它的位置和形狀也很特別，它就是出現在一個太陽黑子上方的。

太陽黑子是太陽表面的一種暗淡而冷的區域，它是由於太陽內部的磁場線從表面突出而形成的。太陽黑子的磁場強度通常比周圍的區域高几百倍，而且它的磁場線是從一個極性的黑子進入，然後從另一個極性的黑子出來，形成一個閉合的磁環。這樣的磁場結構有時會被太陽的對流層擾動，導致磁場線的扭曲和斷裂，從而引發太陽耀斑和日冕物質拋射等活動。這些活動會加速大量的帶電粒子，使它們沿着磁場線運動，產生各種波長的輻射，包括射電波。

科學家使用了美國國家射電天文臺的Very Large Array（VLA）望遠鏡，對一個位於太陽北極附近的黑子進行了連續的觀測，從2023年10月2日到10月10日，共計9天。在這期間，科學家發現了一種持續不斷的射電輻射，它的頻率從1.5 GHz到18 GHz不等，它的亮溫度高達10^9 K，它的圓偏振度接近100%，而且它的形狀是一個橢圓，它的長軸與黑子的磁力線的方向一致。這些特徵都與地球和其他星球上的極光般的射電輻射非常相似，因此我們認爲它也是由電子迴旋脈動輻射產生的。

那麼，這種射電輻射是如何形成的呢？在仔細分析了VLA的數據後，發現這種射電輻射的源區位於黑子的上方約40000 km的高度，也就是在日冕的低層。在這個高度，黑子的磁場線是向內收縮的，形成一個類似於地球磁層的結構。我們推測，當黑子附近發生耀斑時，一部分的帶電粒子會沿着磁場線向黑子的兩側加速，然後在黑子的上方與磁場線相交，產生電子迴旋脈動輻射。這種輻射的頻率與粒子在磁場中的旋轉頻率成正比，因此我們可以根據輻射的頻率來估計磁場的強度。我們發現，這種射電輻射的源區的磁場強度大約是1000 G，比黑子的表面磁場強度還要高一些。

這種射電輻射爲什麼會持續這麼久呢？我們認爲，這是因爲黑子附近的耀斑是週期性的，每隔幾個小時就會發生一次，而且每次都會產生一些新的帶電粒子，這樣就可以維持射電輻射的源區的電子密度。我們還發現，這種射電輻射的強度和頻率會隨着時間而變化，這可能是由於黑子的磁場的變化或者太陽的自轉造成的。

這種射電輻射有什麼意義呢？首先，它是一種新的探測太陽黑子磁場的方法，它可以提供比光學或X射線更高的空間分辨率和更直接的磁場測量。其次，它是一種新的探測太陽耀斑加速粒子的方法，它可以提供比硬X射線或伽馬射線更寬的能譜範圍和更高的時間分辨率。最後，它是一種新的探測太陽電子迴旋脈動輻射的方法，它可以提供比以往的觀測更多的物理參數和更豐富的輻射機制。