引 言

太阳系大行星和少量天然卫星存在射电波段的能量辐射现象。小尺度的行星类天体表面或大气在射电低频波段辐射电磁波信号，覆盖数十kHz～数十MHz的频带。相较于恒星、星系和类星体等天体的射电辐射，行星类型的天体射电辐射能量较弱。20世纪60年代以来，借助地面和空间探测手段，在射电波段已收到过几乎所有太阳系大行星的射电辐射。探测记录到的太阳系行星射电频谱特征非常不同，表明类地行星和气体巨行星具有不同特性[1-4]。

包括月球在内的类地星体的射电辐射一般是次表层和表层的热辐射，而对固体行星的射电辐射测量在一定程度上可以探测到其稀薄大气的性质。除了热辐射，空间和地面低频观测手段还探测到了来自地球、木星、天王星和海王星的射电爆发辐射[4]。在射电爆发频谱方面，地球的射电爆发集中在千米波波长附近；木星等巨型气体行星的射电爆发表现为两类：一类在短波高频段，另一类在短波的低频段和中波波段。

目前为止的研究认为导致太阳系行星射电爆发辐射可能的机理是：太阳系中地球和4个巨型气体行星的外层大气存在磁层，穿越磁层飞行的电子能力被增强到数千至数兆电子伏特，这些高能电子会在行星冕区域和磁极上空区域密集辐射非热低频的电磁波[4-5]。行星射电爆发辐射存在寻常（O）模式和非寻常（X）模式。初步认为发生在这些射电行星磁层内部的局部电子回旋频率不稳定变动，可能是产生行星极区射电辐射的通常机制，而且这些爆发辐射还会受到太阳风和环绕行星的卫星运动的干扰、调制。此外，行星大气中发生的雷电现象，是产生行星低频射电辐射的另一个原因。

这些射电辐射源位于太阳系内，在辐射频段看起来很亮。其中木星射电辐射长期处于活跃期，等效亮度落在10米波段，主要的爆发辐射频率可以达到40 MHz，在地面上就可以观测到。其它气体行星和地球的射电爆发辐射频率低于1 MHz，由于这些频率远远低于地球电离层等离子体的截止频率，无法达到地球表面，所以无法在地球表面被探测到。

对太阳系行星低频射电爆发的观测手段包括地面手段和空间手段[4,6-8]。地面观测聚焦在高频（High Frequency，HF）（3～30 MHz）和甚高频（Very High Frequency ，VHF）（30～300 MHz）低频波段，主要有两类技术：工作在HF～VHF波段的大型射电天文阵列和近年来在发展的日像仪阵列，这些大型阵列如荷兰的低频射电阵（LOw Frequency ARray，LOFAR）、印度的大型米波射电望远镜（Giant Metrewave Radio Telescope，GMRT）、乌克兰的T形射电望远镜阵（Ukrainian T-shaped Radio telescope，UTR-2）、美国境内的甚大阵（Very Large Array，VLA）和中国的明安图日像仪阵列等在开展针对恒星、星系和太阳的射电观测同时，顺带在相同波段开展对行星射电爆发的监测；针对木星的低频无线电（Radio JOVE）简易观测设备，在美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）木星观测计划驱动下，由全球专业人员和业余无线电爱好者使用振子天线开展的木星射电HF～VHF波段爆发监测。其中后者的长期连续监测，为木星射电爆发的规律统计做出了巨大贡献。空间观测覆盖的频段拓展到全部HF、MF（0.3～3 MHz）和部分LF（30～300 KHz）频段，在单独的空间探测器或探测器阵列上搭载射电天线、电场感应载荷、磁场感应载荷等实施飞掠、绕飞监测。这些探测器克服了地球电离层的阻碍，在HF的中低频段更清晰地检测到了木星的爆发特性，并在MF频段看到了地球、木星、天王星和海王星的射电爆发辐射。

行星射电爆发的观测，除了揭示行星自身等离子体环境物理特性之外，理论上还提供了一个途径去探索系外行星[9]，包括在HF波段探测系外类木行星、在MF波段和HF低频段探索系外类地行星。可以预期，对系外行星射电爆发的直接探测，将是发现更多系外行星以及解开系外行星演化特征的重要手段之一。这个发展方向将是牵引未来空间低频射电波段射电天文科学探测的两个主要科学目标之一，与宇宙黑暗时代的探测并列。

行星射电爆发的地基观测和空间测量相互补充。空基观测可以提供更低频率的有用信息。射电辐射的精细结构牵引并提供了对于冕层等离子体研究的遥感探测可行性。采用空间低频阵列模式的探测可以获取目标的快照，进而观测小时尺度的行星辐射变化特性。未来在月球空间或深空开展更系统的卫星集群观测是一个很有竞争力的发展方向。

1 地球极光千米波射电爆发探测

文章来源：《北极光》 网址: http://www.bjgzzs.cn/qikandaodu/2021/0522/743.html