Stereoscopic Observations of Solar Radio Emissions by the S/Waves Instrument onboard the STEREO Spacecraft

par Vratislav Krupař

Thèse de doctorat en Astronomie et astrophysique

Sous la direction de Milan Maksimovic et de Ondřej Santolík.

  • Titre traduit

    Etude stéréoscopie des émissions radio solaires avec l'instrument S/Waves embarqué sur les ondes STEREO


  • Résumé

    Cette thèse est principalement consacrée à une étude des sursauts radio type III observés par l'instrument S/Waves à bord du satellite Solar TErrestrial RElations Observatory (STEREO). Ces émissions sont produites lors de période d'activité solaire accrue par des faisceaux d'électrons suprathermiques s'échappant de la couronne solaire le long de lignes de champ magnétique ouvertes. Lorsque des électrons rapides se propagent dans le milieu interplanétaire (IP), des ondes de Langmuir sont générées à la fréquence plasma locale des électrons fpe par une instabilité dite "bump-on-tail". Ces instabilités peuvent ensuite être converties par un processus non-linéaire en des émissions radio à fpe et/ou à 2fpe : les sursauts radio de type III. Nous avons développé une méthode d'inversion goniopolarimétrique (GP, aussi appelée "direction-finding") en utilisant la technique de décomposition en valeurs singulières (SVD) appliquée aux mesures des trois antennes électriques non-orthogonales. Elle nous permet de retrouver la direction du vecteur d'onde des ondes radio de Type III ainsi que leurs propriétés de polarisation. Nous avons également étudié l'influence des sources étendues (qui sont caractéristiques des sursauts radio de type III) sur les matrices spectrales mesurées. Nous avons trouvé une relation empirique entre la taille des sources apparentes et les matrices spectrales décomposées par SVD. Les techniques précitées ont été largement testées sur des données obtenues par le receveur haute fréquence (HFR, une composante de l'instrument S/Waves). Nous avons comparé des densités de flux et des produits GP de plusieurs sursauts radio intenses observés simultanément par les satellites STEREO et Wind (en utilisant la méthode de démodulation de spin pour inversion GP), lorsque ceux-ci étaient proches, avec des résultats satisfaisants. Nous avons réalisé une analyse statistique d'un grand nombre de sursauts radio de type III observées par STEREO entre mai 2007 et septembre 2011. Seuls les cas intenses, simples, et isolés ont été inclus dans notre ensemble de données. Nous avons constaté que la densité de flux maximale se produit autour de 1 MHz. La taille apparente de la source est très étendue (∼40°) pour les fréquences inférieures à 500 kHz tout en restant à peu près constante (∼25°) entre 500 kHz et 2 MHz. Les positions calculées des sources radio suggèrents que la diffusion de la configuration primaire du faisceau joue un rôle important dans la propagation de sursauts radio de type III dans l'environnement IP.


  • Résumé

    This PhD thesis is primarily dedicated to a study of type III radio bursts observed by the S/Waves instrument onboard Solar TErrestrial RElations Observatory (STEREO). These emissions are produced by beams of suprathermal electrons escaping the corona along open magnetic field lines during increased solar activity. As fast electrons propagate in the interplanetary (IP) medium, Langmuir waves are generated at the local electron plasma frequency fpe by bump-on-tail instability and can be afterwards converted by a non linear process into radio emissions at fpe and/or 2 fpe : type III radio bursts. We have developed a goniopolarimetric (GP, also referred to as direction-finding) inversion using the Singular Value Decomposition (SVD) technique for electric measurements on three non-orthogonal antennas. It allows us to retrieve both wave vector directions and polarization properties of incident waves. We also investigated the influence of extended sources (as a typical feature of type III radio bursts) on measured spectral matrices. We have found an empirical relation between apparent source sizes and spectral matrices decomposed by SVD. Abovementioned techniques have been extensively tested on data obtained by the High Frequency Receiver (HFR, a part of S/Waves). We have compared flux densities and GP products of several intense radio bursts observed simultaneously by the two STEREO spacecraft and the Wind spacecraft (using the spin demodulation method for the GP inversion) during small separation distances with satisfary results. We have performed statistical analysis of a large number of type III radio bursts observed by STEREO between May 2007 and September 2011. Only intense, simple, and isolated cases have been included in our data set. We have found that the maximum flux density occurs around 1 MHz. The apparent source size is very extended (∼40°) for frequencies above 500 kHz while remaining almost constant (∼25°) between 500 kHz and 2 MHz. Calculated positions of radio sources suggest that scattering of the primary beam pattern plays an important role in the propagation of type III radio bursts in the IP medium.

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  • Détails : 1 vol. (X-115-VII p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.I-VII

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  • Cote : 8982

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