日地物理研究組地球磁層輻射帶動力學研究取得重要進展

中國科學技術大學地球和空間科學學院、中科院近地空間環境重點實驗室汪毓明教授領導的日地物理研究組，在地球磁層范艾倫輻射帶相對論電子加速方面取得重要進展。該研究組蘇振鵬教授與長沙理工大學、北京大學以及美國多所研究機構科學家合作，利用美國國家航空航天局的范艾倫探測器高分辨率數據，首次證實了全球范圍內超低頻波對輻射帶相對論電子的徑向擴散加速過程。國際著名學術期刊《自然—通訊》12月22日在線發表了這一研究成果。

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，分布在距離地心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。

輻射帶相對論電子通量隨時間的演化

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于地磁暴時段，普遍強調了甚低頻合聲波對于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。該課題組利用范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周期性調制，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，并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，對于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。該工作得到了國家自然科學基金委、教育部、科技部、中科院的項目資助。

來源：中國科大新聞網