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地球磁层“杀手”电子快速形成机制

  日期:2015-10-12 15:44:14    浏览次数:

地球磁层中的高能电子会导致空间飞行器的功能损坏,通常被称为“杀手电子”。大量“杀手电子”的出现(即高能电子暴)是主要的灾害性空间天气事件。“杀手电子”的加速机制是空间物理/空间天气最为关注而又长期未解决的难题。传统上人们认为“杀手电子”可能是由甚低频波加速的,但是其加速效率太低而不能解释“杀手电子”被快速加速且加速过程持续数小时这一观测现象。

本项目的研究首次发现超低频波(ULF)波极向波模与高能电子的漂移共振现象,证实了极向模ULF波是加速粒子更为重要的能量来源,在此基础上提出了描述行星际激波加速磁层高能电子的两步加速机制:(1)行星际激波与地球磁层相互作用导致极向模超低频(ULF)波的产生,磁场剧烈压缩引起的初始绝热加速;(2)接下来,电子与激发的极向模ULF波漂移共振,导致电子快速加速成为“杀手电子”。这一加速机制同样也适用于行星际激波与其他太阳系行星的相互作用。

美国著名的《发现》(Discover)杂志在2008年1月刊出“2007年度的全球百大科学技术与趋势”新闻,将本项目在“杀手电子暴”快速形成机制方面的研究发现列为第37位。本项目的研究成果于2007年和2009年2次入选为欧空局科学部科学成就亮点,被评价为“为理解地球辐射带中高能粒子的加速机制开辟了一条新路”;被英国皇家天文学会会刊列为Cluster卫星计划(欧空局和美国宇航局合作的大型空间计划)实施10年来取得的4项重大成果之一;被列为中国与欧洲合作空间项目“双星”计划和欧洲Cluster卫星计划实施10年中取得的5项重大成果之一。2010年宗秋刚由于在空间物理学领域,特别是在“杀手电子”快速加速机制方面的突出贡献,获得欧空局颁发的2010年“杰出科学家奖”。

图-1.欧洲空间局(ESA)网站头条新闻(Top Story)对行星际激波快速加速“杀手”电子的报道

相关代表性论文:

(1) Zong, Q.-G., Zhou, X.-Z., Wang, Y.-F., Li, X., et al., Energetic electron response to ULF waves induced by interplanetary shocks in the outer radiation belt, JGR, 114, A10204, doi:10.1029/2009JA014393, 2009

(2) Zong, Q.-G., Zhou, X.-Z., Li, X., Song, P., et al., Ultralow frequency modulation of energetic particles in the dayside magnetosphere, GRL, 34, L12105, doi:10.1029/2007GL029915, 2007