磁聲波對輻射帶高能電子加速機制的研究

《磁聲波對輻射帶高能電子加速機制的研究》是依託北京大學，由謝倫擔任負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：磁聲波對輻射帶高能電子加速機制的研究
• 外文名：Study on the acceleration mechanism of high-energy electrons in the radiation belt by magnetic and acoustic waves
• 項目負責人：謝倫
• 項目類別：面上項目
• 依託單位：北京大學

項目摘要

磁層磁聲波加速高能電子的研究，是輻射帶動力學領域內相對較新的一個研究課題。磁層磁聲波由於具有分布區域廣、覆蓋整個磁地方時以及波的強度較大的觀測事實，它對電子的加速可能提供輻射帶殺手電子起源和波-粒子作用的一個重要的新機制。本項目將結合THEMIS星座以及最新的Van Allen 探測器(RBSP) 數據，建立接近真實的磁聲波空間、頻率、時間分布模型；在此模型基礎上，發展和運用精確和有效的試驗粒子計算方法，計算磁聲波對電子能量擴散係數、投擲角擴散係數以及交叉擴散係數；與準線性理論得到的結果進行比較，確定磁聲波-電子相互作用準線性近似的有效程度；發展能有效地進行長時間無損耗運算的試驗粒子計算方法和程式，揭示磁聲波加速輻射帶高能電子的完整過程和非線性效應；計算近90度投擲角粒子在波動場中的運動，研究其潛在的與多波模連續共振而被快速加速的可能性。

結題摘要

改進並發展了電磁波對輻射帶電子共振作用的試驗粒子模擬算法。改進後的算法可有效地模擬磁聲波對電子的加速和散射過程。利用準線性理論與試驗粒子模擬兩種方法研究磁聲波對輻射帶電子作用的機制。建立了具有多次諧波精細結構與傳播方向分布的磁聲波模型，及其在全球磁地方時的分布。結合試驗粒子模擬與福克-普郎克擴散模擬，揭示了磁聲波可通過朗道共振的平行加速，將近90度投擲角的高能電子散射至兩邊的投擲角上，從而形成蝴蝶狀角向分布。同時，聯合范阿倫衛星觀測及數值模擬，首次指出磁聲波是形成內輻射帶與槽區、以及外輻射帶的高能電子蝴蝶狀角向分布的關鍵因素，並可潛在地對超相對論電子形成蝴蝶狀角向分布。由於磁聲波的存在，輻射帶高能電子不再集中在磁赤道附近，而大量分布在中高緯，從而使中高緯空間也充滿輻射。