本文是對我最近剛被Solar Physics接收的文章的正經科普~~~~


以下是正文:

【聽聲辯位】是一種在刺激戰場遊戲中常用的技巧,這種技巧的科學原理是【雙耳效應】當聲源(包括複雜的集羣信號)偏向左耳或右耳,即偏離兩耳正前方的中軸線時,聲源到達左、右耳的距離存在差異,這將導致到達兩耳的聲音在聲級、時間、相位上存在著差異。

這種微小差異被人耳的聽覺所感知,傳導給大腦並與存貯在大腦裏已有的聽覺經驗進行比較、分析,得出聲音方位的判別。遊戲中耳機也可以提供出這種聲音差別來給我們提供位置信息比如【喫雞】中聽腳步聲知道對方大致是從什麼方向來的~~~~~~~

這種思路,如今被用作定位在行星際中傳播的太陽III型射電暴的源區的軌跡。

太陽III型射電暴是一種由高能電子的束流效產生的無線電波段(GHz-kHz)的電磁波,太陽表面的劇烈能量釋放過程往往伴隨著高能電子的產生,而高能電子沿著開放磁力線向行星際外傳播就形成了三型射電爆:

我們需要定位III型射電爆的源區,因為III型射電暴的源區位置可以給我們提供更多關於高能電磁的產生傳播信息。

而定位三型射電爆方法的靈感,正是來源於【刺激戰場】遊戲中的聽聲辯位。

本文開頭所說的聽聲辯位對應的波是聲波,聲波在空氣中的傳播速度是340m/s,所以對應一個15cm寬的頭,遠處的聲源可以產生毫秒級的時間差,這種時間差雖然不會被上級神經(大腦)感知到,但是低級神經可以分辨出來,並預處理得到聲源的方位信息。

這裡我們想定位的波是射電波,是電磁波的一種,大家所熟悉的電磁波的傳播速度是300000000m/s。 所以,想要通過類似聽聲辯位的方法來定位III型爆就需要安放非常非常遠的多個【耳朵】。

幸運的是,在行星際,有很多探測器都搭載了接收探測射電波的儀器,比如說Wind 以及 STEREOA和B。這三個探測器都是在地球公轉軌道上運行,但是STEREO A/B 的相位和地球不同,所以在一些時候STEREO探測器和WIND探測器的距離甚至可以大於日地距離,一個探測器位置圖示如下圖。

為了更準確的定位III型射電爆的位置,我們可以把III型暴本身的性質引入到我們的模型中。

因為行星際的磁場拓撲結構是螺線型(具體原因詳見上一篇推送),又因為束流電子會沿著磁力線走。所以,這裡我們可以假設電子是沿著螺旋線走的:

束流電子在行星際中激發的波到達不同儀器的時間不有微小差異(分鐘級別)。這種差異可以被儀器分辨出來。

來看一下三個儀器接受到的數據:

看起來比較相似,但是其前沿在時間先後上有微小差異。

這裡我的工作就是,提出一種模型,這種模型可以描述III型暴在行星際中的運動以及激發的波。通過這個模型,我們可以生成在某個位置產生的三型爆在各個儀器上接收到的前沿(如上圖中的綵線)。 我們設計了一套演算法嘗試調節各種參數來找到可以產生上述頻譜圖樣的最可能路徑,這個路徑就是我們演算法給出的射電暴源區的可能路徑:

比如說,這個樣子:

這就是我們使用「聽聲辯位」啟發的射電軌跡定位演算法。

目前這個工作的文章已經被Solar Physics雜誌接收。

一點想法:

現在的趨勢是儀器越來越多,精度越來越高,對於同一個事件可能有很多儀器在同時觀測。而多個儀器觀測到的同一個事件絕不僅僅是一個事件的多個copy,我們需要研究出來更新的方法來整合多儀器的觀測數據,從中提取有效信息。為了做到這一點,我們可能需要在觀測數據的分析中引入物理模型來做聚合分析。我這個工作就是做了這麼個事情~

英文版摘要如下:

中文版摘要如下:


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