地基甚低频台站信号对地球辐射带的人工调制效应  

Artificial modification of Earth’s radiation belts by ground-based very-low-frequency(VLF) transmitters

作　　者：倪彬彬[1,2] 花漫[1] 顾旭东 付松[1] 项正[1] 曹兴 马新 Ni B;Hua M;Gu X;Fu S;Xiang Z;Cao X;Ma X

机构地区：[1]武汉大学电子信息学院,武汉430072 [2]中国科学院比较行星学卓越创新中心,合肥230026

出　　处：《中国科学：地球科学》2022年第4期595-619,共25页Scientia Sinica(Terrae)

基　　金：国家自然科学基金项目(批准号:42025404、42188101、41904144、41704162);中央高校基本科研专项基金项目(编号:2042021kf1045、2042021kf1056);中国科学院战略性先导科技专项(B类)项目(编号:XDB41000000);国家航天局民用航天预研项目(编号:D020308、D020104、D020303)资助。

摘　　要：地球辐射带中充满被地磁场捕获的能量电子,通常被槽区分隔形成内、外电子辐射带.其中,波粒相互作用作为一种基本的物理过程,在辐射带动力学过程中发挥着重要作用.近年来,空间卫星系统提供的高质量波动、粒子观测数据不断积累,覆盖近地空间环境各个区域,产生了内磁层物理领域的一系列重要发现,也使人们对人类活动能否及如何影响近地空间环境有了进一步的认知.文章重点关注地基甚低频台站信号对地球辐射带的人工调制效应.首先,详细回顾了基于卫星就位观测建立的人工甚低频波在地球空间的全球分布特性,包括不同地面台站VLF信号强度的日夜侧不对称性、地理分布、季节不对称性、地磁活动依赖性,以及不同频率VLF波动的传播特性.其次,基于准线性扩散理论,通过理论计算和观测分析量化了人工甚低频信号对辐射带电子的散射系数及其随空间位置和地磁活动条件的变化.进而,通过Fokker-Planck扩散模型模拟辐射带电子的演化过程并将其与卫星实际观测结果对比,直观证明了人工甚低频台站信号泄露进入内磁层后可以通过空间波粒相互作用散射内辐射带能量电子,从而产生呈现双峰结构的电子内辐射带径向分布,为人工甚低频波影响近地空间环境提供了关键定量证据.最后,综述讨论了开展人工甚低频波研究亟待解决的关键科学问题,展望了通过人工VLF波动影响地球辐射带环境的一些研究设想,这将为未来人工主动调制近地空间环境的潜在可能性提供重要参考与借鉴.

关 键 词：人工甚低频波 波粒相互作用 电子沉降 地球辐射带 电子通量分叉现象 

分 类 号：P353.4[天文地球—空间物理学]