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中国科大揭秘范艾伦辐射带

2016-01-18 14:01 作者: 浏览次数:


   中国科学技术大学地球和空间科学学院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高能电子加速研究方面取得重要进展。该研究组苏振鹏教授与其合作者,利用美国国家航空航天局的范艾伦探测器高分辨率数据,证实了全球范围内超低频波对辐射带高能电子的径向扩散加速过程。国际学术期刊《自然—通讯》2015年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。外辐射带包含大量速度接近光速、能量高达几个兆电子伏特的电子,分布在距离地心3~8个地球半径的广阔空间区域。这些极端高能的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,如军事、导航、通讯和气象卫星等,造成严重威胁。因此,研究辐射带高能电子形成机制具有重要的科学和现实意义。

  辐射带高能电子可能的形成机制主要有两种:一是超低频(毫赫兹)波驱动低能电子朝向地球扩散并将其加速到高能段;二是甚低频(千赫兹)合声波直接加速当地电子而不改变其与地球的相对距离。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(地球磁场全球性剧烈扰动)时段,普遍强调了甚低频合声波对于辐射带电子的加速作用,而无法准确评估超低频波可能的加速效应。

  该研究组与长沙理工大学、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,超低频波能够近似周期性地调节高能电子强度,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,使得相关区域高能电子强度提升1个数量级。


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关键词:电子高能辐射地球加速