中國科學技術(shù)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(gòu)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(shù)據(jù)，首次證認了全球范圍內(nèi)超低頻波對輻射帶相對論電子的徑向擴散加速過程。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的相對論電子，分布在距離地心3-8個地球半徑的廣闊空間區(qū)域。這些相對論電子經(jīng)常受到太陽活動的影響而發(fā)生劇烈變化，對在軌航空航天系統(tǒng)（包括軍事，導航、通訊和氣象衛(wèi)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(xiàn)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(qū)動的徑向擴散和甚低頻（kHz）合聲波驅(qū)動的局地擴散。以往的研究缺乏高分辨率的觀測數(shù)據(jù)且常常局限于地磁暴時段，普遍強調(diào)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(shù)據(jù)，研究了非磁暴時段輻射帶電子演化過程。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φ撾娮油窟M行周期性調(diào)制，在10個小時內(nèi)，驅(qū)動外輻射帶內(nèi)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(shù)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(jù)，對于理解輻射帶動力學行為、預報近地空間天氣環(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家自然科學基金委、教育部、科技部、中科院的項目資助。

　　文章鏈接

輻射帶相對論電子通量徑向分布隨時間的演化

中國科大地球磁層輻射帶動力學研究獲進展