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地球磁层辐射带动力学研究取得重要进展

(2015-12-30)
   汪毓明教授领导的日地物理研究组,在地球磁层范艾伦辐射带相对论电子加速方面取得重要进展。该研究组苏振鹏教授与长沙理工大学、北京大学以及美国多所研究机构科学家合作,利用美国国家航空航天局的范艾伦探测器高分辨率数据,首次证认了全球范围内超低频波对辐射带相对论电子的径向扩散加速过程。国际著名学术期刊《自然-通讯》12月22日在线发表了这一研究成果。

  

  范艾伦辐射带是指近地空间中环绕地球的两层巨型“轮胎状”的高能粒子辐射层。外辐射带包含能量为~MeV的相对论电子,分布在距离地心3-8个地球半径的广阔空间区域。这些相对论电子经常受到太阳活动的影响而发生剧烈变化,对在轨航空航天系统(包括军事,导航、通讯和气象卫星等)造成严重威胁。因此,研究辐射带相对论电子形成机制具有重要的科学和现实意义。 

  

  

  

  

   

  图 1辐射带相对论电子通量径向分布随时间的演化

   

  辐射带相对论电子可能的形成机制主要有两种:超低频(mHz)波驱动的径向扩散和甚低频(kHz)合声波驱动的局地扩散。以往的研究缺乏高分辨率的观测数据且常常局限于地磁暴时段,普遍强调了甚低频合声波对于辐射带相对论电子的加速作用,而无法准确评估超低频波可能的加速效应。该课题组利用范艾伦探测器提供的高分辨率数据,研究了非磁暴时段辐射带电子演化过程。数据显示,在不存在甚低频合声波的条件下,超低频波能够对相对论电子通量进行周期性调制,在10个小时内,驱动外辐射带内边界朝向地球移动0.3-0.8个地球半径,并使得相对论电子通量提升1个数量级。

  

  

  该研究成果为超低频波径向扩散加速辐射带相对论电子提供了直接证据,对于理解辐射带动力学行为、预报近地空间天气环境和保障航空航天安全具有重要意义。该工作得到了国家自然科学基金委、教育部、科技部、中科院的项目资助。

(日地研究组供稿)

   


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