内磁层中行星际激波激发的超低频波对“杀手”电子和能量离子的快速加速  

作　　者：宗秋刚[1] 王永福[1] 袁憧憬[1] 杨彪[1] 王承睿[1] 张湘云[1] 

机构地区：[1]北京大学空间物理与应用技术研究所,北京100871

出　　处：《科学通报》2011年第7期464-476,共13页Chinese Science Bulletin

基　　金：国家自然科学基金(40831061;41074117);国家重点实验室特殊研究基金资助

摘　　要：辐射带中的能量电子与离子是首要的空间天气威胁.理解这些粒子如何在辐射带中被加速是空间物理学的主要挑战之一.本文总结了行星际激波在内磁层激发的超低频(ULF)波对"杀手"电子与能量离子的快速加速的最新进展.甚低频(VLF)波-粒子相互作用被认为是电子加速的主要机制之一,这是因为电子回旋共振容易在VLF波频率范围内发生.最近,运用4颗Cluster卫星的观测,发现在行星际激波作用于地球磁层之后,辐射带中的能量电子几乎立即被加速,并且加速过程持续数小时.传统的加速机制是基于VLF波粒相互作用加速电子至相对论能量,时间尺度长达数天,因而无法解释我们的观测.进一步发现行星际激波或太阳风压强脉冲,与更加小的动压变化,对辐射带动力学起到无法忽视的作用.行星际激波与地球磁层相互作用会产生许多重要的空间物理学现象,包括能量粒子加速.由行星际激波作用引起的辐射带能量电子的快速加速的机制包括3个组成部分:(1)由与激波相关的磁场剧烈压缩引起的初始绝热加速;(2)与不同L壳层被激发的极向模ULF波造成漂移-共振加速;(3)与ULF波相关的快速衰减的电场引起的粒子加速.粒子最终会获得净加速,因为它们在上半个周期获得的能量多于在下半个周期损失的能量.本文得到的结果对理解在地球VanAllen辐射带中的能量粒子加速有了新的认识,同样也可以被应用于行星际激波与其他行星的相互作用,例如水星、木星、土星、天王星和海王星,以及其他有磁场存在的天体.

关 键 词：“杀手”电子 辐射带 能量粒子加速 ULF波 VLF波 波粒相互作用 共振 

分 类 号：P353[天文地球—空间物理学]