中國(guó)科大地球磁層輻射帶動(dòng)力學(xué)研究獲進(jìn)展

　　中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授汪毓明研究組在地球磁層范艾倫輻射帶相對(duì)論電子加速方面取得新進(jìn)展。該研究組教授蘇振鵬與長(zhǎng)沙理工大學(xué)、北京大學(xué)以及美國(guó)多所研究機(jī)構(gòu)科學(xué)家合作，利用美國(guó)國(guó)家航空航天局的范艾倫探測(cè)器高分辨率數(shù)據(jù)，首次證認(rèn)了全球范圍內(nèi)超低頻波對(duì)輻射帶相對(duì)論電子的徑向擴(kuò)散加速過(guò)程。該研究成果發(fā)表在12月22日的《自然·通訊》上。

　　范艾倫輻射帶是指近地空間中環(huán)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(duì)論電子，分布在距離地心3-8個(gè)地球半徑的廣闊空間區(qū)域。這些相對(duì)論電子經(jīng)常受到太陽(yáng)活動(dòng)的影響而發(fā)生劇烈變化，對(duì)在軌航空航天系統(tǒng)（包括軍事，導(dǎo)航、通訊和氣象衛(wèi)星等）造成嚴(yán)重威脅。因此，研究輻射帶相對(duì)論電子形成機(jī)制具有重要的科學(xué)和現(xiàn)實(shí)意義。

　　輻射帶相對(duì)論電子可能的形成機(jī)制主要有兩種：超低頻（mHz）波驅(qū)動(dòng)的徑向擴(kuò)散和甚低頻（kHz）合聲波驅(qū)動(dòng)的局地?cái)U(kuò)散。以往的研究缺乏高分辨率的觀測(cè)數(shù)據(jù)且常常局限于地磁暴時(shí)段，普遍強(qiáng)調(diào)了甚低頻合聲波對(duì)于輻射帶相對(duì)論電子的加速作用，而無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)估超低頻波可能的加速效應(yīng)。該課題組利用范艾倫探測(cè)器提供的高分辨率數(shù)據(jù)，研究了非磁暴時(shí)段輻射帶電子演化過(guò)程。數(shù)據(jù)顯示，在不存在甚低頻合聲波的條件下，超低頻波能夠?qū)ο鄬?duì)論電子通量進(jìn)行周期性調(diào)制，在10個(gè)小時(shí)內(nèi)，驅(qū)動(dòng)外輻射帶內(nèi)邊界朝向地球移動(dòng)0.3-0.8個(gè)地球半徑，并使得相對(duì)論電子通量提升1個(gè)數(shù)量級(jí)。

　　該研究成果為超低頻波徑向擴(kuò)散加速輻射帶相對(duì)論電子提供了直接證據(jù)，對(duì)于理解輻射帶動(dòng)力學(xué)行為、預(yù)報(bào)近地空間天氣環(huán)境和保障航空航天安全具有重要意義。

　　上述研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、教育部、科技部、中科院的項(xiàng)目資助。

　　文章鏈接

輻射帶相對(duì)論電子通量徑向分布隨時(shí)間的演化

中國(guó)科大地球磁層輻射帶動(dòng)力學(xué)研究獲進(jìn)展