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地球周围出现过第三层辐射带

中国科学技术大学教授汪毓明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新进展。该研究组教授苏振鹏与长沙理工大学、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。该研究成果发表在12月22日的《自然·通讯》上。

www4288com新萄京赌场 ,中国科学技术大学地球和空间科学学院、中科院近地空间环境重点实验室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。

一项新的研究分析了NASA的双卫星范艾伦探测器(Van Allen
Probes)得到的数据,结果发现在2012年的9月初,地球周围曾形成过一个辐射环,持续长达4个多星期,直到被一股来自太阳的强力行星际冲击波破坏殆尽。2月28日,这一结果在线发表在《自然》杂志网站上。

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。

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。

范艾伦辐射带是地球周围由高能粒子组成的两条带状区域,由美国科学家詹姆斯·范艾伦在1958年发现,其内带位于地球上空650千米至6300千米,外带位于地球上空10000至65000千米。范艾伦带内的高能粒子对载人航天器和人造卫星等都有一定危害,其内外层之间的缝隙则是辐射较少的安全地带。

辐射带相对论电子可能的形成机制主要有两种:超低频波驱动的径向扩散和甚低频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。

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科学家此前以为,地球周围的范艾伦带只分成内外两层辐射带。

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。

范艾伦带中的高能粒子,主要来源于被地球磁场俘获的太阳风粒子。这些带电粒子在范艾伦带的转折点之间往复运动。当太阳发生磁暴时,地球磁层受扰动变形,被囚禁在范艾伦带中的高能粒子大量泄出,并随磁力线闯入地球极区的大气层,激发空气分子,便会产生美丽的极光。

上述研究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。

NASA在2012年8月30日发射了双卫星范艾伦探测器,配备了保护性镀层和耐用电子元件,可在范艾伦带恶劣的空间气候中开展探测活动,其目的是对这些辐射带区域进行测量及特征描述。

文章链接

美国科罗拉多大学博尔德分校大气与空间物理研究室的丹尼尔·贝克(Daniel
Baker)及其同事,对来自该探测器的数据进行的一项新的分析显示:2012年9月2日,超高能量电子组成了第三层辐射带,并持续了4个多星期。这个意想不到的结构最终被一股强劲的太阳风吹散。这些发现说明,范艾伦辐射带存在极大的可变性,能够帮助我们了解太阳活动对范艾伦带的影响。