日冕和日冕物质抛射的雷达探测方法研究

In the early 1950's, some scientists assumed theoretically to probe the sun with radar. James observaed the sun with ground-based radar during 1960's and obtained the data of a decade. With the rapid technological development of radar and radio synthesis aperture, as well as the abundant knowledge about solar corona, coronal structures, coronal mass ejection (CME), and coronal holes, people.resume to realize that we can get unique informations from the radar echoes of the sun, and these information will provide unprecedented way to measure the coronal magnitic filed directly and monitor the earth-directed CME, which will eventually be geo-effective..In this application, we try to research the solar radar project in two ways:.(1)Theoretically, we will research the radar cross section (RCS) under the differeent conditions of corona electron density and coronal megnetic field when a radar illuminate the corona..(2)How can make a technical preparation to measure the physical parameters of the corona and CME indicated by the theory research?.

早在上世纪50 年代，就有科学家提出用雷达探测太阳的理论设想。这一设想在60 年代和70 年代之间通过James 等人的实验观测得到了实施，积累了10 年左右的观测资料。随着雷达技术和射电综合孔径阵列技术的快速发展，以及近几十年来对太阳日冕及其结构、日冕物质抛射、以及冕洞等认识的丰富积累，人们重新开始意识到来自太阳的雷达回波会给我们带来独特的信息，而这些信息将可能提供前所未有的直接测量日冕磁场、监测具有地球物理效应的对地CME 的最有效途径。.本项目将从两个方面对太阳雷达的方案进行研究。第一，我们将从理论上研究在不同的日冕电子密度分布和磁场分布的情况下，太阳会有什么样的雷达波散射截面？第二，为了测量根据理论研究给出日冕和CME 的物理参数，我们需要进行什么样技术准备?

对日冕和CME的观测研究是目前太阳物理研究的难点和重点，其核心问题，是对日冕磁场的测量和对CME的监测。在耀斑、CME等太阳活动现象中伴随有大量磁场和等离子体能量的热和非热释放过程，其详细的触发和驱动过程远没有解决，构成当前实测太阳物理的主要前沿方向。太阳雷达的基本原理：发射到太阳的电磁波受到日冕和CME内的磁化等离子体中的调制并产生回波。通过对回波的分析，就可以直接得到日冕的等离子体密度、磁场、温度等参数和CME的磁场、距离、运动速度以及空间尺度等。获得这些参数后，可以构建一个高精度和高空间分辨率的动态日冕和CME实时的三维立体动态图。主要研究内容包括，接收到回波的功率（相应于RCS），回波的返回时间T，回波的频率漂移Δf及回波极化偏振等可测量与日冕的折射率变化，物质运动速度和磁场的对应关系研究。一方面，利用现有的日冕电子等离子密度模型，完成对RCS和返回时间T的计算；另一方面，也完成了对其逆过程的的理论上推导，通过后者可以完成对日冕参数的直接测量。这种直接测量具有如下优势：(1)太阳雷达对日冕的探测，不受射电爆发机制以及等离子体密度模型的限制。不仅可以直接测量爆发过程中日冕信息，而且还可以测量爆发前后等离子体密度及磁场信息的变化，增强对模型参数的限制。(2)太阳雷达的多频率的应用，不同频率的电磁波能够到达的日冕高度不同，不受全部路径积分效应的限制，从而实现对日冕的纵向信息的探测。