合声模与嘶声模对辐射带高能电子演化的区域性作用

摘要

辐射带是地球空间中辐射环境最恶劣的区域，其分布范围约为1-7地球半径，分内外两个辐射带，内辐射带主要是高能质子，外辐射带的主要成分是高能电子。目前，绝大多数在轨航天器都运行在这个区域。当航天器运行遭遇高能粒子时，会使卫星的仪器功能异常或失效，也会对宇航员的健康造成威胁，因而研究辐射带高能粒子的动力学演化过程具有重要意义。研究表明:外辐射带随地磁活动有剧烈的变化，在几分钟到几天的时间尺度下，外辐射带高能电子通量能够变化一至三个数量级。但究竟是什么原因导致原本只有几十或几百keV的电子加速成为相对论电子，或者使电子损失沉降至电离层和大气层？为此，人们提出了绝热输运，径向扩散，波粒相互作用等物理机制来解释这些变化。本文将研究哨声波与外辐射带高能电子的波粒相互作用对高能电子分布函数变化的影响。
　　 本文研究了日侧与夜侧的哨声模合声波的扩散系数特点，然后模拟它们对高能电子相空间密度演化的差异。模拟结果显示不同区域的合声波发挥着显著不同的作用:向阳侧合声波能够引起小投掷角电子的沉降损失,而对大投掷角电子的加速作用则较为微弱。背阳侧合声波对小投掷角电子没有明显的影响，对大投掷角电子则有显著的加速作用。随后我们分析了平行传播的哨声模嘶声波与辐射带电子的回旋共振作用，结果表明，嘶声波能够使较大投掷角的高能电子相空间密度下降，驱使电子进入损失锥而发生沉降。最后我们研究了两侧合声波和嘶声波对电子相空间密度的演化的共同作用。计算结果显示哨声波与电子的回旋共振效应在恢复相阶段主要还是加速低能电子。同时，不考虑交叉扩散项时数值计算会导致相空间密度被高估，说明交叉扩散系数在模拟过程中不可忽略。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 空间物理学简介

1．2 空间等离子体及其动力学研究理论

1．2．1 单粒子轨道理论

1．2．2 磁流体力学理论

1．2．3 动理学理论

1．3 地球磁层及其结构

1．4 辐射带粒子的运动形式及空间天气灾害效应

1．4．1 辐射带的发现

1．4．2 辐射带中带电粒子的运动形式

1．4．3 绝热不变量

1．4．4 损失锥

1．4．5 投掷角分布

1．4．6 辐射带电子的空间天气灾害效应

1．5 等离子体波动与回旋共振作用

1．6 研究的主要内容及意义

第二章 向阳侧和背阳侧合声波对高能电子PSD的演化作用

2．1 引言

2．2 数值模拟方法及参数选取

2．3 研究结果

2．4 结论和讨论

第三章 嘶声波对高能电子PSD的演化作用

3．1 嘶声波的参数选取及模拟方法

3．2 模拟结果

3．3 结论和讨论

第四章 两侧合声波和嘶声波对高能电子PSD的演化作用

4．1 参数选取

4．2 结果和讨论

第五章 总结

参考文献

致谢

附录A(攻读学位期间发表的论文)

附录B(攻读学位期间参加的科研项目)