在地球一定的空間范圍內(nèi)存在著大量被地磁場捕獲的高能(200keV-幾十MeV)帶電粒子,這個捕獲區(qū)域稱之為輻射帶,它是地球磁層中的一個比較特殊的區(qū)域。被地球磁場捕獲的太陽風(fēng)粒子是高能粒子的主要來源,高能粒子在輻射帶的兩個磁鏡點之間來回做彈跳運動。輻射帶環(huán)繞地球呈輪胎狀分布,按空間分為內(nèi)輻射帶和外輻射帶兩層。兩層中間高能粒子密度較低的地方稱為槽區(qū)。高能帶電粒子有三個絕熱不變量,能夠在輻射帶中存在很長時間。這些高能粒子能夠使飛行在外輻射帶中的航天器電子元器件的狀態(tài)發(fā)生改變,從而使航天器的運行出現(xiàn)異常,同時也容易導(dǎo)致宇航員等人員健康受到損害,給國家航天安全帶來嚴峻的挑戰(zhàn)。在大的地磁暴期間,地磁場的劇烈擾動會產(chǎn)生強大的地面電勢,威脅到電網(wǎng)和輸油管道的安全。所以研究、預(yù)測輻射帶的高能粒子的動力學(xué)演化過程具有重要的科學(xué)意義。目前研究表明,地球輻射帶夜側(cè)合聲波能夠有效地加速高投擲角電子,而日側(cè)合聲波可以優(yōu)先加速中投擲角電子,產(chǎn)生能量電子的蝴蝶型分布,但這需要進一步觀測數(shù)據(jù)驗證。本文利用NASA的Van Allen Probes衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù),分析了 2013年3月17日至18日期間發(fā)生強磁暴時外輻射帶中高能電子(1.8-2.6 MeV)通量的演化。在L = 4.1的附近,Van Allen Probes同步觀測到夜側(cè)合聲波增強,高能電子通量增漲約50-100倍。同時我們還研究了 2016年1月20日期間發(fā)生強磁暴時外輻射帶中高能電子(1.8-3.4 MeV)通量的演化。在L=5的附近,VanAllenProbes同步觀測到日側(cè)合聲波增強,高能電子通量增漲約一個數(shù)量級。本文利用基于高斯分布的哨聲波譜密度分布和偶極子背景磁場模型,計算了彈跳平均電子共振擴散系數(shù),通過求解Fokker-Planck擴散方程,得到高能電子相空間密度的演化過程。數(shù)值計算結(jié)果表明觀測到的合聲波能夠與輻射帶高能電子產(chǎn)生回旋共振作用,有效地加速高能電子。同時,本文根據(jù)Van Allen Probes衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù),研究了 2014年4月11日至13日強磁暴期間外輻射帶高能電子通量的演化。發(fā)現(xiàn)在L = 4.52的附近,相對論電子通量呈現(xiàn)蝴蝶型分布,同時伴隨著日側(cè)合聲波強度增大。通過數(shù)值模擬,結(jié)果表明日側(cè)合聲波導(dǎo)致的高能電子通量增加幅度與分布函數(shù)形狀和觀測數(shù)據(jù)相吻合。本文結(jié)果為電磁波驅(qū)動的相對論電子形成蝴蝶型分布機制提供了進一步的證據(jù)。
【學(xué)位單位】：長沙理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：P353.4
【部分圖文】：

碩士學(xué)位論文??降到兩極，形成了極光現(xiàn)象［３］。磁層頂高緯度處南北半球各有一個中性點，磁場為零。??如圖１．１所示。??在磁鞘中弓形激波下游的太陽風(fēng)等離子體不易透過進入地球磁場，而主要會繞過??它，這是因為行星際磁場不能穿透進入地球磁場，而且因為太陽風(fēng)中的高導(dǎo)電等離子體??具有凍結(jié)特征，從而使得它的粒子也不能離開行星際磁場［５］。大量高能（２００ｋｅＶ￣Ｋ＋??ＭｅＶ）粒子困在地球的內(nèi)磁層區(qū)，由于能量差異較大，根據(jù)從低階能量到高階能量的順??序，將其依次劃分為等離子體層（幾個ｅＶ）、環(huán)電流（１到ｌＯＯｋｅＶ）和范艾倫輻射帶??（大于１００ｋｅＶ）［６ｌ，如圖１．２所示。??Ｍｒ＾Ｏｒ！ｆ?＾?ｉｌｌ??圖１．２內(nèi)磁層帶電粒子捕獲區(qū)示意圖［ＥｂｉｈａｒａａｎｄＭｉｙｏｓｈｉ，２０１１］??ｉ．ｌ．ｉ福射帶??福射帶（ＲａｄｉａｔｉｏｎＢｅｌｔ）是在１９５８年被美國物理學(xué)家詹姆斯？范？艾倫（ＪａｍｅｓＶａｎ??Ａｌｌｅｎ）所發(fā)現(xiàn)的

第一章緒論??周期不長，時間量級１０－３秒左右。在投擲角不是９０°的情況下，帶電同時還會沿著磁場中的磁力線作來回的彈跳運動。當帶電粒子離開赤導(dǎo)致投擲角逐漸變大，直至大于９０°時，帶電粒子的作用方向與運動反彈回來，在兩極的強磁場之間做往返的運動。這種磁場結(jié)構(gòu)稱之為回運動就是彈跳運動，周期大約在０．１到１秒之間。反彈點稱之為磁期運動形成的原因則是粒子受到了不均勻磁場力從而呈現(xiàn)出了橫向漂運動與回旋運動會令磁力線對帶電粒子產(chǎn)生束縛，該情況發(fā)生在帶電到某一足夠小的數(shù)值的時候。但是又因為偶極場是非均勻的磁場，會跳運動的時候，運動軌跡會慢慢地從原來的磁力線移到與之相鄰的磁束縛是相對的，而非絕對的，這種運動也被稱之為漂移運動，周期大個小時［８］。如圖１．５所示。??

ｉｎｄｕｃｅｄ?ｗｈｉｓｔｌｅｒ－ｍｏｄｅ?ｗａｖｅｓ和磁聲波（ｍａｇｎｅｔｏｓｏｎｉｃｗａｖｅｓ）都能夠與輻射帶高能粒子發(fā)??生波粒回旋共振作用，有效地加速或者減速高能電子，使較大投擲角的高能電子相空間??密度下降，驅(qū)動高能電子進入損失錐發(fā)生沉降［１８】。如圖１．６所示是這些等離子體波的空??間位置。等離子體波與高能粒子之間的相互作用能對福射帶動力學(xué)演化具有非常重要的??作用。??７??
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 李柳元;曹晉濱;周國成;;哨聲模波對高能電子槽區(qū)和外輻射帶的調(diào)節(jié)作用[J];地球物理學(xué)報;2008年02期

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1 朱輝;地球內(nèi)磁層中波粒相互作用的模擬和觀測研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

2 鄒自明;太陽風(fēng)擾動的地磁響應(yīng)與空間環(huán)境應(yīng)用模式集成[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

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本文編號：2863806