中國科大地球磁層輻射帶動力學研究獲進展

地球磁層輻射帶動力學進展
中國科學技術大學教授汪毓明研究組在地球磁層范艾倫輻射帶相對論電子加速方面取得新進展。該研究組教授蘇振鵬與長沙理工大學、北京大學以及美國多所研究機構科學家合作,利用美國太空總署的范艾倫探測器高分辨率數據,首次證認了全球範圍內超低頻波對輻射帶相對論電子的徑向擴散加速過程。

范艾倫輻射帶是指近地空間中環繞地球的兩層巨型“輪胎狀”的高能粒子輻射層。外輻射帶包含能量為~MeV的相對論電子,分佈在距離地心3-8個地球半徑的廣闊空間區域。這些相對論電子經常受到太陽活​​動的影響而發生劇烈變化,對在軌航空航天系統(包括軍事,導航、通訊和氣象衛星等)造成嚴重威脅。因此,研究輻射帶相對論電子形成機制具有重要的科學和現實意義。

輻射帶相對論電子可能的形成機制主要有兩種:超低頻(mHz)波驅動​​的徑向擴散和甚低頻(kHz)合聲波驅動的局地擴散。以往的研究缺乏高分辨率的觀測數據且常常局限於地磁暴時段,普遍強調了甚低頻合聲波對於輻射帶相對論電子的加速作用,而無法準確評估超低頻波可能的加速效應。該課題組利用範艾倫探測器提供的高分辨率數據,研究了非磁暴時段輻射帶電子演化過程。數據顯示,在不存在甚低頻合聲波的條件下,超低頻波能夠對相對論電子通量進行週期性調製,在10個小時內,驅動外輻射帶內邊界朝向地球移動0.3-0.8個地球半徑,並使得相對論電子通量提升1個數量級。

該研究成果為超低頻波徑向擴散加速輻射帶相對論電子提供了直接證據,對於理解輻射帶動力學行為、預報近地空間天氣環境和保障航​​空航天安全具有重要意義。

【圖、文:節錄自中國科學技術大學網頁 ;新聞訊息由林景明提供】研究全文刊登在12月22日出版的《自然·通訊》

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