Moving radio bursts associated with solar flares detected by XSM onboard Chandrayaan-2

不要把太阳仅仅看作一个静止、发光的球体，而要把它想象成一个不安分的、磁性的巨人，它不断地在发脾气。当它纠缠不清的磁场发生断裂并重新连接时，会释放出被称为太阳耀斑的大规模爆炸。把这些耀斑想象成太阳版的“鞭炮声”，但其规模之大足以烧毁卫星并在地球上干扰无线电信号。虽然我们可以通过 X 射线看到这些爆炸的“闪光”，但太阳也会通过无线电波“尖叫”。这些无线电爆发就像是在“砰”的一声之后发生的音爆或噼啪作响的静电噪声。科学家们早已知道，这些无线电信号是了解粒子被加速的速度以及冲击波如何在太阳大气层中传播的重要线索。理解“闪光”（耀斑）与“轰鸣声”（无线电爆发）之间的时间差，就像是试图弄清楚在炸弹爆炸后冲击波传播的速度有多快；这有助于我们预测太阳何时会向我们发送一场危险的风暴。

这篇论文是一部由 Abhishek Potdar 和 Anshu Kumari 撰写的侦探故事，他们扮演了宇宙计时员的角色。他们利用搭载在印度“月船2号”（Chandrayaan-2）探测器上的特殊 X 射线相机 XSM 来观测太阳耀斑，同时通过地面望远镜“聆听”来自太阳的无线电“尖叫”。他们的目标是观察无线电爆发的发生时间与耀斑发生时间的匹配程度。他们重点研究了两种特定类型的无线电爆发：“II 型”和“IVm 型”。你可以把 II 型爆发看作是在太阳大气层中移动的冲击波，而把 IVm 型爆发看作是受困能量留下的余辉。通过观察 2019 年底至 2022 年底之间的 36 个特定事件，他们发现耀斑与爆发之间存在着非常紧密的联系，但根据爆炸规模的不同，情况会出现一些迷人的变化。

研究人员发现，无线电爆发和耀斑在时间上是“最好的朋友”。当他们将无线电爆发的开始时间与耀斑的开始时间进行对比绘图时，这种联系极其强烈，相关性得分约为 0.99。这几乎是完美的匹配，表明每当耀斑开始时，无线电爆发几乎肯定会在短时间内紧随其后。然而，无线电爆发开始的速度很大程度上取决于耀斑的大小。

故事在这里变得有趣起来。当太阳发出一场小规模、微弱的脾气（“B 类”耀斑）时，无线电冲击波（II 型）动作迟缓，大约在 27.6 分钟后才出现。它就像是一个慢吞吞的人，去参加派对时走得很慢。但当太阳发出一场大规模、高能量的脾气（“C 类”或“M 类”耀斑）时，无线电爆发到达得快得多，仅需约 5 到 6 分钟。这表明，更大的、更有能量的耀斑会产生几乎瞬间形成并向外疾驰的冲击波。

当观察无线电爆发何时“停止”时，故事变得更加诡异。对于 II 型爆发，它们实际上在 X 射线耀斑逐渐消退之前就结束了。耀斑越大，无线电爆发停止得越早。对于最强的“M 类”耀斑，无线电爆发在耀斑本身结束前整整 26.8 分钟就停止了。这就像是冲击波完成了它的工作并消失了，留下耀斑独自慢慢熄灭。这暗示了最具能量的耀斑所产生的冲击波是如此强大且快速，以至于它们完成任务并迅速消失，这可能是因为它们所经过的环境随着它们远离太阳而发生了变化。

那些更像是受困能量留下的余辉的 IVm 型爆发，表现得略有不同。无论耀斑是中等强度的“C 类”还是强烈的“M 类”，它们都在耀斑开始后约 14.4 分钟开始。这表明产生这种余辉的电子捕获过程需要一个恒定的时间。然而，一旦开始，更强的耀斑会让这种余辉持续更长时间。“M 类”耀斑在耀斑开始后能让无线电信号维持约 68.8 分钟，而“C 类”耀斑仅维持了 31.2 分钟。这告诉我们，更大的耀斑创造了更好的“容器”，能够更长时间地留住那些高能电子。

最后，作者研究了耀斑达到亮度峰值所需的时间。他们发现大多数耀斑在开始后的 20 分钟内达到峰值。这是一个至关重要的发现，对于预测具有重要意义。这表明，如果我们看到一次太阳耀斑开始，我们大约有 20 分钟的窗口期来预测是否会伴随发生重大的喷发事件，例如日冕物质抛射（一团巨大的太阳等离子体云）。论文得出结论，虽然耀斑的能量很重要，但时间不仅取决于力量，还受到太阳周围局部磁环境和等离子体条件的影响。因此，虽然我们无法完美预测太阳的情绪波动，但我们现在拥有了一个更好的秒表，来测量它发脾气的速度。