Coronal mass ejections (CMEs) are large eruptions of magnetized plasma from the Sun that play an important role in space weather. The key to understanding the fundamental physics of a CME is measurement of the plasma properties within heliocentric distances of < 20 R ⊙ $< 20~\mathrm{R}_{\odot }$ . Faraday rotation, a radioastronomical propagation measurement, is an extremely valuable diagnostic for studying CMEs. Faraday rotation measurements [RM] contain information on the magnetic field in the medium causing the Faraday rotation. Recent observations of CME-induced Faraday rotation (e.g., Howard et al. in Astrophys. J. 831 , 208, 2016 ; Kooi et al. in Solar Phys. 292 , 56, 2017 ; Bisi et al. in EGU General Assembly Conference Abstracts, 13243, 2017 ) have all been restricted to a single line of sight (LOS) and, therefore, limited to providing estimates of the magnetic field strength. Modeling by Liu et al. (Astrophys. J. 665 , 1439, 2007 ) and Jensen and Russell (Geophys. Res. Lett. 35 , L02103, 2008 ) demonstrated that multiple LOS are necessary to recover the magnetic field strength and structure of the observed CME. We report the first successful observations of Faraday rotation through a CME using multiple lines of sight: 13 LOS across seven target radio fields. We made these radio observations using the Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) at 1 − 2 $1-2$ GHz frequencies in the triggered operation mode on 31 July 2015, using a constellation of cosmic radio sources through the solar corona at heliocentric distances of 8.2 − 19.5 R ⊙ $8.2-19.5~\mathrm{R}_{\odot }$ . For LOS within 10 R ⊙ $10~\mathrm{R}_{\odot }$ , the CME’s contribution to the measured RM was ≈ 0 $\approx 0$ to −20 rad m −2 , a significant enhancement over the coronal contribution. We assumed a force-free flux-rope structure for the CME’s magnetic field and explored three separate models for the CME’s plasma density: constant density, thin shell, and thick shell. The plasma densities and axial magnetic field strengths for the three models ranged over 5.4 − 6.4 × 10 3 $5.4-6.4\times 10^{3}$ cm −3 and 26 − 35 $26-35$ mG, respectively. Further, using all 13 LOS, we successfully determined the CME’s orientation and helicity.

中文翻译：

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使用多条视线通过日冕物质抛射对法拉第旋转进行 VLA 测量

日冕物质抛射 (CME) 是来自太阳的磁化等离子体的大爆发，在太空天气中起着重要作用。理解 CME 基本物理学的关键是在 < 20 R ⊙ $< 20~\mathrm{R}_{\odot }$ 的日心距离内测量等离子体特性。法拉第自转是一种射电天文传播测量，对于研究 CME 是非常有价值的诊断方法。法拉第旋转测量 [RM] 包含有关导致法拉第旋转的介质中磁场的信息。最近对 CME 引起的法拉第旋转的观察（例如，Howard 等人在 Astrophys. J. 831, 208, 2016 中；Kooi 等人在 Solar Phys. 292, 56, 2017 中；Bisi 等人在 EGU 大会会议摘要中, 13243, 2017 ) 都被限制在单一视线 (LOS) 内，因此，仅限于提供磁场强度的估计。Liu 等人的建模。(Astrophys. J. 665, 1439, 2007) 以及 Jensen 和 Russell (Geophys. Res. Lett. 35, L02103, 2008) 证明了多个 LOS 是恢复观测到的 CME 的磁场强度和结构所必需的。我们报告了使用多条视线通过 CME 对法拉第旋转的首次成功观测：跨越七个目标无线电场的 13 LOS。我们于 2015 年 7 月 31 日在触发操作模式下使用 Karl G. Jansky 甚大阵列 (VLA) 在 1 - 2 $1-2$ GHz 频率下进行了这些无线电观测，使用通过日心日冕处的日冕的宇宙射电星座8.2 − 19.5 R ⊙ $8.2-19.5~\mathrm{R}_{\odot }$ 的距离。对于 10 R ⊙ $10~\mathrm{R}_{\odot }$ 内的 LOS，CME 对测得的 RM 的贡献为 ≈ 0 $\approx 0$ 到 -20 rad m -2 ，这是对日冕贡献的显着增强。我们为 CME 的磁场假设了一种无力的磁通绳结构，并探索了 CME 等离子体密度的三个独立模型：恒定密度、薄壳和厚壳。三种模型的等离子体密度和轴向磁场强度范围分别超过 5.4 − 6.4 × 10 3 $5.4-6.4\times 10^{3}$ cm -3 和 26 − 35 $26-35$ mG。此外，使用所有 13 个 LOS，我们成功地确定了 CME 的方向和螺旋度。三种模型的等离子体密度和轴向磁场强度范围分别超过 5.4 − 6.4 × 10 3 $5.4-6.4\times 10^{3}$ cm -3 和 26 − 35 $26-35$ mG。此外，使用所有 13 个 LOS，我们成功地确定了 CME 的方向和螺旋度。三种模型的等离子体密度和轴向磁场强度范围分别超过 5.4 − 6.4 × 10 3 $5.4-6.4\times 10^{3}$ cm -3 和 26 − 35 $26-35$ mG。此外，使用所有 13 个 LOS，我们成功地确定了 CME 的方向和螺旋度。