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内磁层中行星际激波激发的超低频波对“杀手”电子和能量离子的快速加速 被引量：4
1
作者 宗秋刚 王永福 +3 位作者 袁憧憬 杨彪 王承睿 张湘云 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第7期464-476,共13页
辐射带中的能量电子与离子是首要的空间天气威胁.理解这些粒子如何在辐射带中被加速是空间物理学的主要挑战之一.本文总结了行星际激波在内磁层激发的超低频(ULF)波对"杀手"电子与能量离子的快速加速的最新进展.甚低频(VLF)波... 辐射带中的能量电子与离子是首要的空间天气威胁.理解这些粒子如何在辐射带中被加速是空间物理学的主要挑战之一.本文总结了行星际激波在内磁层激发的超低频(ULF)波对"杀手"电子与能量离子的快速加速的最新进展.甚低频(VLF)波-粒子相互作用被认为是电子加速的主要机制之一,这是因为电子回旋共振容易在VLF波频率范围内发生.最近,运用4颗Cluster卫星的观测,发现在行星际激波作用于地球磁层之后,辐射带中的能量电子几乎立即被加速,并且加速过程持续数小时.传统的加速机制是基于VLF波粒相互作用加速电子至相对论能量,时间尺度长达数天,因而无法解释我们的观测.进一步发现行星际激波或太阳风压强脉冲,与更加小的动压变化,对辐射带动力学起到无法忽视的作用.行星际激波与地球磁层相互作用会产生许多重要的空间物理学现象,包括能量粒子加速.由行星际激波作用引起的辐射带能量电子的快速加速的机制包括3个组成部分:(1)由与激波相关的磁场剧烈压缩引起的初始绝热加速;(2)与不同L壳层被激发的极向模ULF波造成漂移-共振加速;(3)与ULF波相关的快速衰减的电场引起的粒子加速.粒子最终会获得净加速,因为它们在上半个周期获得的能量多于在下半个周期损失的能量.本文得到的结果对理解在地球VanAllen辐射带中的能量粒子加速有了新的认识,同样也可以被应用于行星际激波与其他行星的相互作用,例如水星、木星、土星、天王星和海王星,以及其他有磁场存在的天体. 展开更多
关键词 “杀手”电子 辐射带 能量粒子加速 ULF波 VLF波 波粒相互作用 共振
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地球辐射带动态变化和辐射带粒子快速加速 被引量：4
2
作者 宗秋刚 袁憧憬 +1 位作者 王永福 苏振鹏 《中国科学：地球科学》 CSCD 北大核心 2013年第6期951-975,共25页
通过SAMPEX卫星的观测,定量地研究了在CME和CIR磁暴期间1.5～6.0MeV"杀手"电子的通量分布的变化.发现外辐射带的内、外边界都可以被随着L壳指数衰减的函数很好地拟合出来.另外,本文根据这一指数衰减函数和由此得到的动态的外... 通过SAMPEX卫星的观测,定量地研究了在CME和CIR磁暴期间1.5～6.0MeV"杀手"电子的通量分布的变化.发现外辐射带的内、外边界都可以被随着L壳指数衰减的函数很好地拟合出来.另外,本文根据这一指数衰减函数和由此得到的动态的外辐射带内、外边界改进了RBC指数的计算,并由此得到CME磁暴有可能比CIR磁暴产生更多的相对论电子.辐射带物理模型STEERB基于三维的Fokker-Planck方程实现,包含局地波粒相互作用、径向扩散和绝热输运等物理过程.由于数值格式的限制,以往的辐射带模型均没有引入局地波粒相互作用相关的交叉扩散项.STEERB模型的对比实验显示,交叉扩散项的忽略能够导致电子通量被高估5倍甚至几个数量级.这个结果说明,交叉扩散项对于辐射带电子通量的准确评估具有重要意义.以往的辐射带物理模型常常采用固定的偶极磁场,忽略了背景磁场变化引起的绝热过程.STEERB模型则采用了时变的背景磁场,同时引入绝热和非绝热过程.对比实验结果显示,绝热输运过程能够显著地影响辐射带电子通量的演化.行星际激波与磁层的相互作用能够在内磁层激发的ULF波;激发的极性模的ULF波会造成"杀手"电子的快速加速过程.极向模和环向模ULF波对漂移-共振加速的作用在不同L值区域有所不同.环向模ULF波对能量电子的加速在L值较大的区域(外磁层)较为重要,而在L值较小的区域(内磁层),极向模ULF波则对能量电子的加速起主要作用. 展开更多
关键词 辐射带 “杀手电子” CME磁暴 CIR磁暴 波粒相互作用 ULF波 VLF波
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磁暴期间外辐射带的1.5～6.0MeV电子通量变化 被引量：3
3
作者 袁憧憬 宗秋刚 《中国科学：技术科学》 EI CSCD 北大核心 2011年第5期670-680,共11页
由于CME与CIR的太阳风/行星际磁场结构有所差别,所以在这两种太阳风/行星际结构触发的地球磁暴期间,太阳风等离子体与能量通过磁重联向地球内磁层的注入过程也不相同.因此对于CME引发的磁暴与CIR引发的磁暴,辐射带高能电子通量的变化有... 由于CME与CIR的太阳风/行星际磁场结构有所差别,所以在这两种太阳风/行星际结构触发的地球磁暴期间,太阳风等离子体与能量通过磁重联向地球内磁层的注入过程也不相同.因此对于CME引发的磁暴与CIR引发的磁暴,辐射带高能电子通量的变化有显著差异.通过SAMPAX卫星观测的数据,本文分别对54个CME触发的磁暴与26个CIR触发的重现性磁暴期间1.5～6.0MeV电子外辐射带的动态变化进行了研究.结果表明,在主相期间,对于CME磁暴,电子通量在6≤L≤7的区域出现了显著增强.在Dst指数(中值)达到最小值(-201nT)时,外边界的位置移动到L=4附近.对于CIR磁暴,主相期间,没有在6≤L≤7区域观察到通量的显著增强.而当Dst指数(中值)达最小值(-58nT)时,外边界的位置移动到L=5.5附近.在磁暴恢复相期间,对于CME磁暴,外辐射带的位置整体低于磁暴前,在6≤L≤7的区域也出现了电子通量的增强;对于CIR磁暴,外辐射带外边界的位置相比磁暴前有不明显的增高,并且在上述区域没有观察到通量的明显增强.我们发现在绝大多数情况下,1.5～6.0MeV电子的外辐射带电子通量对数衰减1/e截止廓线可以表示出外辐射带外边界的位置.在CME磁暴主相期间,对数衰减1/e截止纬度与Kp指数具有相关性(相关系数为-0.56).对于CIR磁暴,对数衰减1/e截止纬度与Kp指数也有较好的相关性(相关系数为-0.58).此外,CME磁暴主相期间,1.5～6.0MeV电子通量最大值的位置(L值)受到磁暴期间Dst指数最小值的控制;整体而言,对于上述两种磁暴,电子通量最大值的位置都随磁暴的增强而降低.多重磁暴是造成外辐射带相对论电子通量变化异常的重要原因之一. 展开更多
关键词 外辐射带 相对论电子通量 磁暴 日冕物质抛射 共转相互作用区
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巨行星空间环境研究进展 被引量：2
4
作者 尧中华 郭瑞龙 +2 位作者 袁憧憬 潘东晓 许严 《地球与行星物理论评》 2021年第5期543-560,共18页
太阳系八大行星分为类地行星和巨行星,巨行星不仅体积和质量大,其磁场也相对更强.土星的磁矩大约是地球的600倍,而木星的磁矩则有地球的20000倍之大.土星和木星巨大的磁矩也让其拥有比地球大很多的巨型磁层空间.等离子体在巨行星的磁层... 太阳系八大行星分为类地行星和巨行星,巨行星不仅体积和质量大,其磁场也相对更强.土星的磁矩大约是地球的600倍,而木星的磁矩则有地球的20000倍之大.土星和木星巨大的磁矩也让其拥有比地球大很多的巨型磁层空间.等离子体在巨行星的磁层空间中受到强大的电磁力而产生复杂的加速和输运过程,持续产生空间能量物质扰动.本文将回顾巨行星磁层空间的能量物质循环基本图像、辐射带高能物理过程、磁层电离层耦合过程以及巨行星磁层空间的关键基本等离子体物理过程,尤其结合中国学者在这一领域的最新研究进展进行介绍. 展开更多
关键词 巨行星 磁层 极光 磁重联
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2023年行星物理学热点回眸
5
作者 魏勇 柴立晖 +21 位作者 陈一定 范开 高佳维 何飞 乐会军 李国主 林红磊 綦超 戎昭金 宋玉环 孙伟家 王誉棋 吴兆朋 徐长仪 闫丽梅 尧中华 袁憧憬 乐新安 张驰 张辉 张金海 钟俊 《科技导报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期99-113,共15页
2023年,行星物理学作为行星科学的一个主干分支学科,呈现出百花齐放、交相辉映的态势。中国的行星物理学还发展出一些新兴的领域,如太阳与行星磁场发电机过程、地球与行星空间环境长期变化、地球与行星多圈层耦合过程等,为中国未来深空... 2023年,行星物理学作为行星科学的一个主干分支学科,呈现出百花齐放、交相辉映的态势。中国的行星物理学还发展出一些新兴的领域,如太阳与行星磁场发电机过程、地球与行星空间环境长期变化、地球与行星多圈层耦合过程等,为中国未来深空探测的跃升发展奠定了坚实基础。选择20个行星物理研究领域,以中国行星物理学的进展和热点为主线,置之于世界和历史的时空横纵之中,展示了中国和世界行星物理学的发展态势。 展开更多
关键词 深空探测 行星科学 行星物理学
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基于“天问一号”、“火星快车”、MAVEN卫星观测的火星上游太阳风等离子体特征对比
6
作者 范开 闫丽梅 +16 位作者 魏勇 张爱兵 孔令高 Markus FRANZ 何飞 柴立晖 袁憧憬 王誉棋 钟俊 戎昭金 尧中华 潘永信 崔峻 何建森 李文亚 唐斌斌 王赤 《中国科学：地球科学》 CSCD 北大核心 2022年第5期955-965,共11页
太阳风是火星大气逃逸和表面液态水损失的主要能量来源之一,获取火星上游太阳风观测资料对于认识火星气候演化历史、揭示火星古气候“大灾变”事件成因存在重要意义.2020年10月31日至2021年1月25日,中国首次火星探测任务——“天问一号... 太阳风是火星大气逃逸和表面液态水损失的主要能量来源之一,获取火星上游太阳风观测资料对于认识火星气候演化历史、揭示火星古气候“大灾变”事件成因存在重要意义.2020年10月31日至2021年1月25日,中国首次火星探测任务——“天问一号”在地火转移轨道对火星上游2600万公里处的太阳风等离子体进行探测.探测时间处于第25个太阳活动周极小年,即太阳活动较为平静的时期,探测结果为研究弱太阳活动条件下地-火转移轨道的太阳风环境积累了重要数据.经过仪器视场分析与数据噪声压制,“天问一号”观测的太阳风等离子体密度、速度与多个卫星的观测结果基本吻合.研究结果表明,“天问一号”轨道器搭载的火星离子与中性粒子分析仪探测结果可靠、仪器运行稳定.期待“天问一号”环火阶段对火星空间重离子信息的探测以及未来多卫星联合探测模式为研究火星离子逃逸及大气演化历史等重要科学问题带来新的机遇. 展开更多
关键词 天问一号 火星 等离子体 太阳风
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