地球輻射帶高能粒子的暴時及長期變化研究

《地球輻射帶高能粒子的暴時及長期變化研究》是依託北京大學，由鄒鴻擔任負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：地球輻射帶高能粒子的暴時及長期變化研究
• 項目負責人：鄒鴻
• 項目類別：面上項目
• 依託單位：北京大學

項目摘要

理解地球輻射帶中高能粒子的動態變化對於空間物理研究和空間天氣套用都具有十分重要的意義。當前輻射帶研究的熱點主要集中在外輻射帶電子的動態變化。最新研究成果表明：在大磁暴期間地球內輻射帶高能粒子也會出現明顯變化。該變化與內輻射帶粒子的產生和損失機制有關。相關研究還處於起步階段，有待進一步研究。本項目計畫採用NOAA、SAMPEX等多顆衛星的長期觀測資料，利用現有地球輻射帶模型和暴時地磁長模型，結合相關輻射帶理論，研究輻射帶高能粒子的暴時及長期變化以及相關物理過程。重點研究在大磁暴時南大西洋異常區的時空變化，為建立內輻射帶動態模型提供基礎。隨著我國衛星及載人航天事業的發展，大量衛星和載人飛船運行在低地球軌道。南大西洋異常區是威脅我國低地球軌道空間資產的主要空間輻射區域。因此研究內輻射帶，特別是南大西洋異常區的暴時及長期變化和相關物理過程，建立我國自主的內輻射帶動態模型具有重要的理論和工程價值。

結題摘要

地球輻射帶高能粒子的暴時及長期變化研究是空間物理研究和空間天氣套用的重要課題。當前輻射帶研究的熱點主要集中在外輻射帶電子的暴時動態變化，然而根據最新研究結果，在大磁暴期間地球內輻射帶高能質子的時空分布也會出現明顯變化。該變化與內輻射帶粒子的產生和損失機制有關。相關研究還處於起步階段，有待進一步研究。 本項目主要研究內容是利用NOAA、SAMPEX衛星的觀測資料研究了南大西洋異常區高能質子的暴時及長期變化。南大西洋異常區（SAA）是所有在LEO軌道運行的太空飛行器都會遭遇的一個重要的空間輻射區域。太空飛行器在通過SAA時經常會出現單粒子翻轉、甚至鎖定等異常。因此SAA的存在嚴重影響低軌衛星和空間站的運行安全，對太空人的安全也造成嚴重威脅。目前對SAA的研究只能研究其長期變化，時間解析度最大為1個月。而磁暴的時間尺度為2-3天，而目前的SAA研究根本無法反應暴時SAA的變化。在本項目中，我們提出了5天滑動視窗法，將SAA兩個重要參數（異常區最大質子通量maxSAA和異常區面積areaSAA）的時間解析度從1個月提高到了2-3天。本項目首次實現了對SAA參數暴時變化的研究。我們隨後詳細討論了大磁暴時內輻射帶外邊界質子損失事件和異常區中心損失事件差異以及可能的引發機制，首次提出異常區中心損失事件可能是由大磁暴時內輻射帶質子的Dst效應引發。利用NOAA和SAMPEX衛星的長期觀測結果以及最新的地磁場模型，我們研究了異常區的長期演化。內輻射帶質子和南大西洋異常區暴時變化的研究，為我們進一步理解輻射帶的動態變化，特別是磁暴時內輻射帶質子的損失和分布機制提供了新的視角，對於研究近地軌道空間環境、建立內輻射帶動態模型和LEO軌道衛星安全防護具有重要意義。 另外，在本項目的支持下，我們對自己研發的小孔成像中能電子探測器進行了有效的角度回響測試和反質子污染設計。該儀器於2015年成功發射後，我們用該儀器數據成功進行了亞暴粒子注入、極尖區能量電子事件等相關研究工作。