利用超低頻(VLF)研究太陽閃焰對第太陽活動週期低太陽活動期和高太陽活動期 D 層電離層的影響
Solar flare effects on D-region ionosphere using VLF measurements during low- and high-solar activity大溪天文台多年來自開始的流星電波自HRO到現在的FRO.3年來自行開發的太陽閃焰多頻FFT望遠鏡,投入太陽色球活動的觀測. 使用其電波振幅的變化和電波相位(如有設立電波干涉儀裝置).可以得到這些變化和太陽閃焰有一定的正比關係.如果有探空電波裝置,可以測量在太陽閃焰爆發時,其D層電離發生的電子密度( β)和有效反射高度(H ′)有其相對關係.
大溪天文台於2024-2026年利用新開發的超低頻多頻FFT窄頻濾波太陽電波望遠鏡,利用其所觀測到閃焰爆發時的電波的振幅變化數據,和南太平洋大學(USP)科學院的太陽輻射通量觀測和太陽電波干涉儀 整理資料做一比對,概略了解以下的太陽閃焰對VLF超低頻電波在D電離層的變化和整理簡單的結論.
1.太陽閃焰爆發後,所造成的超低頻VLF 電波振幅和相位增強與太陽閃焰爆發產生的 X 射線通量(X ray flux)的對數成正比。比較大溪接收的 JJI 電波 和UPS 南太平洋觀測站對 NLK 和 NWC 兩條路徑的電波傳導,其觀測到的電波振幅變化( ΔA )和太陽X光通量強度發現，大溪天文台 JJI的訊號ΔA (最大值約 -8dB）和 NLK 訊號的 ΔA 較大（最大值約 11.5 dB），而 NWC 訊號的ΔA 則較小（約 3.5 dB）。
2.在太陽閃焰較小或在低太陽活動期產生的 ΔA 值高於中等太陽活動期。所有訊號在低太陽活動期和中等太陽活動期的震幅(採干涉接收到的相位)擾動水準都非常相似，其中 NLK 記錄到的相位差最大值可達 200°，NWC 記錄到的最大值可達 150°。
3.太陽閃焰透過增加D層電離度會降低D層電離的高度.也就是降低有效反射高度(H ′)，關係就是電離層高度降低效應與 X 射線閃焰通量強度的對數大致成正比。電離層 D 區自由電子密度 ( β ) 也顯著增加。
4.在太陽活動時,注意 H ′和 β 隨太陽閃焰能量功率的變化有顯著差異。一般來說，對於同類型閃焰，低太陽活動時期 β 的增幅大於中等太陽活動時期。此外，對於同類型閃焰，低太陽活動時期 H ′的降低幅度（ ΔH ′）比中等太陽活動時期大 1-2 公里。這種 β 和 H ′水準的差異在強 M 級和 X 級閃焰中比在弱 C 級閃焰中更為明顯。
因此可以推斷，在強閃焰爆發時，特別是 M 級和 X 級閃焰爆發時,通常若發生在太陽活動較低時，會比在太陽活動較高時更能增加 D 層電子密度 ( β )和電子密度隨高度 H ′產生較大變化，導致降低 D 層電離層高度也產生變化。圖1: a 2012年7月5日太陽閃焰爆發期間 GOES X 射線通量(W/m² )的變化 。 b . 2012 年 7 月 5 日太陽閃焰期間 NWC 訊號的振幅和相位變化。
圖2:在南太平洋 斐濟觀測到的 NLK 和 NWC 超低頻相位擾動，作為太陽閃焰爆發 比對 X 射線通量(dB 為單位，相對於 0.1–0.8 nm 波段的 1 µW/m 2)的函數，分別針對低太陽活動條件（紅點和相應的紅色曲線吻合）和中等太陽活動條件（藍點和中等太陽活動條件的藍色曲線吻合)。
圖3:NLK 訊號的振幅和相位擾動隨太陽天頂角絕對值的變化，適用於 M1.0 至 M1.3 級閃焰發生在太陽位於天頂角度時,角度越大即振幅和相位越小。圖3
*太陽天頂角(SZA): 太陽天頂角（solar zenith angle）是太陽的天頂角，即太陽光線與垂直方向之間的夾角。
圖4: 在太陽閃焰爆發期間，D層電離高度會發生變化. 取最高高度 H 和變化差 H′p 。 因此.D層電離高度在太陽產生擾動所產生的變化為ΔH ′ = H ′ − H′p 這樣的數學關係和振幅和相位變化成正比.為此，我們繪製了三種訊號的 ΔH′ 與閃焰爆發時的功率的關係圖，如這些圖表明，ΔH′ 隨太陽閃焰爆發強度的增加呈線性增加。
圖5: D 層電子密度高度剖面 N e (h)（單位：cm-3），該剖面適用於約 100 km 高度以下（Wait 和 Spies，1964），其計算公式為 N e (h) = 1.43 × 107[exp(-0.15H′)exp[(β-0.15)(h-H′)]]。
參考文獻:
作者資訊 作者及單位
斐濟南太平洋大學科學、技術與環境學院工程與物理學院，蘇瓦，斐濟
阿比凱什·庫馬爾和蘇希爾·庫馬爾
南太平洋大學（USP）科學、技術與環境學院研究委員會為本研究提供的初步經費支持。作者也感謝 USP 主研究辦公室在策略研究主題（項目編號：6177-3107-Acct-617704）架構下提供的經費支持，本研究的部分工作正是在此資助下完成的。
通訊作者
Kumar, A., Kumar, S.
權利和許可:開放獲取本文根據知識共享署名 4.0 國際許可協議 (
http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ ) 的條款進行分發，該協議允許在任何媒介中無限制地使用、分發和復制，前提是您對原作者和來源給予適當的署名.
http://www.swpc.noaa.gov/ftpmenu/warehouse.htmlhttps://link.springer.com/article/10.1186/s40623-018-0794-8
觀星論壇 
