自從上個世紀四十年代美國科學家Grote Reber利用自制的9.45米口徑拋物面射電望遠鏡首次觀測到很強的太陽射電訊號並開啟了太陽射電天文學以來，以時間為x軸、頻率為y軸、並以太陽射電輻射流量表示亮溫度的的太陽射電動態頻譜一直是我們揭示太陽射電爆發過程中的動力學特徵的重要依據。
在太陽活動事件（耀斑、暗條爆發、日冕物質拋射等）中，射電輻射也會發生顯著增強。並在高時間-頻率解析度的動態頻譜圖上形成豐富多彩的頻譜精細結構。這些精細結構通常疊加在增強的連續譜背景上，具有持續時間短、變化快、亮溫高、結構複雜等特徵。
圖1是上世紀五十年代在米波段觀測到的準平行條紋狀太陽射電頻譜結構，這些美麗的條紋被形象地稱之為斑馬紋結構(ZebraPattern)。斑馬紋結構是太陽射電頻譜精細結構中最複雜也最引人注目的，表現為幾條至幾十條準平行、近似等間距的條紋狀結構，亮暗條紋之間的間隔有時會隨頻率而變化。
圖1. 二十世紀五十年代觀測到的米波斑馬紋結構。（圖源：Elgarӧy，O.,1959,Nature,184,887）
最初，人們主要在米波和十米波段開展太陽射電斑馬紋結構的觀測研究。到二十世紀末,隨著中國太陽射電寬頻動態頻譜儀(SBRS)(昆明0.65-1.50GHz、懷柔1.10-2.06GHz、2.60-3.80GHz、5.20-7.60GHz，以及南京4.50-7.50GHz)和捷克的Ondřejov頻譜儀(0.8-5.0GHz)的建成並投入觀測，大量高時間-頻率解析度的斑馬紋事件被陸續觀測到，吸引了許多太陽射電天文學家和理論家們的高度關注。
相較於米波-十米波波段，分米-釐米波段的輻射源區更接近太陽爆發能量的初始釋放區域。由於射電輻射的觀測特徵(強度、頻率、譜形等)與輻射源區的磁場、等離子體、高能粒子的加速與傳播密切相關,所以，發生在微波波段的射電頻譜精細結構可以用來診斷爆發事件源區的物理性質。
圖2是懷柔太陽射電寬頻動態頻譜儀觀測到2002年4月21日的X1.5級耀斑事件中的斑馬紋。如果我們將該頻譜圖的區域性區域放大，如圖3所示，將發現斑馬紋的亮條紋其實是由許多準週期性的超精細脈動結構構成的，即斑馬紋結構中還存在著超精細結構。
圖2. 懷柔太陽射電寬頻動態頻譜儀(SBRS)觀測到的2002年4月21日X1.5級耀斑事件中的斑馬紋結構（圖源：譚程明）
圖3. 圖2斑馬紋區域性放大，可見斑馬紋的條紋是由許多準週期性的超精細脈動結構構成的（圖源：Chen& Yan, 2007, Solar Physics, 246, 431）
那麼，太陽射電斑馬紋結構是如何形成的呢？由於其極高的輻射亮溫度，必然與某種相干輻射過程相關聯。其中，等離子體中的Langmuir波的耦合是被大家討論得最多的一種機制。高能電子束驅動的尾瘤不穩定性在等離子體中產生強Langmuir波，Langmuir波與等離子體中的其他波模耦合，將轉換為可逃離源區的基頻和各次諧頻發射，從而形成準平行的條紋狀結構。例如，伯恩斯坦模型認為所有的斑馬紋都源自環頂一個較小的緻密源區中Langmuir波與伯恩斯坦波的耦合，形成的條紋間距相同。
哨聲波模型提出等離子體Langmuir波可以和哨聲波發生耦合，形成的條紋間距和哨聲波頻率相關，各條紋間的條紋間距可以不同，且哨聲波可以解釋同是條紋狀輻射的纖維結構和斑馬紋結構之間的轉變。另外，還有基於等離子體中高混雜波與某一諧次的電子迴旋波的共振耦合的雙共振模型，該模型認為斑馬紋的源區是沿磁流管分佈的一個展源，各條紋產生於磁流管內的不同共振高度，條紋間距取決於磁場和等離子體密度隨空間的變化特徵。
圖4和圖5為陳彬等人利用美國歐文斯谷太陽射電陣和三面測試天線觀測得到的斑馬紋結構，結合多波段觀測和磁場外推方法得到的活動區磁場位型以及斑馬紋輻射源區的可能位置。
圖4. 左圖為美國歐文斯谷太陽射電陣和三面測試天線觀測到的斑馬紋結構，右圖的等值線表示4.6-6.3GHz頻段射電輻射，虛線圓圈內三條直線的交點給出了斑馬紋源區位置，背景是日本日出衛星觀測到的太陽像（Ca II H）(圖源：Chen etal., 2011, ApJ,736,64)
圖5. 將斑馬紋和連續譜的輻射源區疊加在磁場外推的結果上。圖中乘號和三角符號分別表示連續譜和斑馬紋的源區位置。左圖是俯檢視，右圖是側檢視。(圖源：Chen et al., 2011, ApJ,736,64 )
隨著太陽寬頻頻譜成像裝置的發展與完善，如中國明安圖射電頻譜日像儀MUSER和美國歐文斯穀日像儀EOVSA的投入觀測，以及太陽第25周活動峰年的到來，我們有望在射電波段看見斑馬紋的空間輪廓，獲得輻射源區的位置和空間結構資訊，得到高能粒子空間演化的動力學特徵以及輻射源區磁場和等離子體的資訊。新資料的獲得將為解開太陽射電斑馬紋的形成之謎帶來全新的視角，並進一步推動太陽物理和等離子體物理基本理論的發展。
作者簡介：張印，中國科學院國家天文臺副研究員，主要從事太陽磁場和太陽射電的研究。
文稿編輯：趙宇豪
[ 責編：蔡琳 ]
