空间中心研究人员在外辐射带相对论电子增强事件研究方面取得进展

　　近日，空间中心杨晓超副研究员、朱光武研究员和孙越强研究员等人，应用风云一号卫星空间环境监测器（空间环境探测室自主研制）获得的高能电子探测数据及相关国外数据，细致研究了一次罕见的长寿命相对论电子增强事件，研究发现多种加速机制复合作用激发强烈相对论电子增强事件，行星际环境变化以及磁层/等离子体层对行星际环境变化的响应决定地球外辐射带的动态演化。该结果发表于American Geophysical Union（AGU）学术期刊《Journal of Geophysical Research: Space Physics》，正如审稿人意见所述：“The results from the study have a potential impact on the radiation belt community”。

　　研究发现，这次事件发生在三次日冕物质抛射（CME）相继爆发的太阳活动背景下，CME导致的行星际磁云携带着高强度、南向的行星际磁场，太阳风高速流和频繁出现的太阳风动压脉冲，使得行星际环境呈现剧烈扰动的状态。对磁层磁场和等离子体波动的分析表明，行星际的剧烈扰动驱动强烈的磁层ULF波动和哨声模波。文章在仿真计算电子漂移共振条件的基础上，分析同期能量电子通量的演化，发现能量电子与ULF波共振导致的径向扩散是本次事件中重要的电子加速机制，同时哨声模合声波驱动的本地加速也是激发本次事件的原因之一。增强后的外辐射带被迅速恢复的等离子体层顶一分为二，电子通量增长幅度较大的部分被“留”在等离子体层顶以内，而其余部分被“挡”在等离子体层顶以外；在等离子体层顶以外，越远离等离子体层顶，相对论电子衰减越快，而在等离子体层内，hiss驱动的缓慢衰减最终导致本次事件的长寿命特征。

　　相对论电子具有很高能量（>1MeV），能够直接穿透各种航天器的表面材料，产生内部静电放电，造成航天器部件的损坏。当外辐射相对论电子通量剧烈增长，即发生相对论电子增强事件时，运行其中的航天器内部静电放电风险显著增加，严重时可能导致航天器失效，因此外辐射带相对论电子增强事件一直被认为是地球空间航天器在轨安全的最重要威胁之一。同时，外辐射带相对论电子的演化在日-地能量耦合种扮演着重要的角色，因此对这种空间环境事件物理机制的研究具有显著的工程价值和深刻的科学意义。

　　相关链接：http:/onlinelibravy.wiley.com/enhanced/doi/10.1002/2014JA019797/Citation: Yang, X. C., G. W. Zhu, X. X. Zhang, Y. Q. Sun, J. B. Liang, and X. H. Wei (2014), An unusual long-lived relativistic electron enhancement event excited by sequential CMEs, J. Geophys. Res. Space Physics, 119, doi:10.1002/2014JA019797.

　　（供稿：探测室）

图1 相对论电子通量-L shell的时间演化

图2 磁层磁场的ULF波动

图3 不同L处的相对论电子衰减