《kappa空間電漿中哨聲波非穩定性與傳播特性的研究》是依託長沙理工大學，由周慶華擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：kappa空間電漿中哨聲波非穩定性與傳播特性的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：周慶華
- 依託單位：長沙理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
目前工作表明，哨聲波與高能電子的相互作用是產生輻射帶高能電子隨機加速和投擲角擴散過程的主要機制之一。這種波-粒相互作用的強度取決於哨聲波的非穩定性幅度和傳播特性以及空間分布。但有關哨聲波的非穩定性和全球性空間分布特性的相關觀測數據很少。在此，我們計畫建立三維的電磁波激發和路徑跟蹤模型，整合觀測數據，數值模擬和理論分析，具體研究高熱（kappa） 電漿中哨聲波非穩定性的基本內在條件，系統分析不同地磁活動條件下地球輻射帶區域kappa電漿中哨聲波的傳播特性和空間分布規律。為進一步研究輻射帶哨聲波與高能電子相互作用產生的高能電子動力學演化過程提供前期基礎。
結題摘要
哨聲波（合聲波、嘶聲波和快磁聲波）與高能電子的相互作用是產生輻射帶高能電子隨機加速和投擲角擴散過程的主要機制之一。這種波-粒相互作用的強度取決於哨聲波的非穩定性幅度和傳播特性以及空間分布。本項目系統研究了高熱(kappa)空間電漿中哨聲波的非穩定性內在條件；基於三維電磁波路徑跟蹤模型分析了哨聲波的傳播特性；整合觀測數據、理論分析和數值模擬，研究了地球外輻射帶區域哨聲波的空間分布規律；通過求解包含絕熱過程，徑向擴散和波-粒相互作用等機制的三維Fokker-Planck方程，研究了哨聲波與電子相互作用引起的高能電子隨機加速等物理過程。主要的研究結果包括：（1）外輻射帶高熱電漿中各向異性的熱電子能有效激發哨聲模合聲波。合聲波的增長率在平行傳播時最大。在斜傳播時，由於朗道阻尼的作用，合聲波的增長率隨著傾斜程度的增加而急劇降低。初始傳播角約等於0（平行傳播）或180°（反平行傳播）的合聲波具有最大的路徑積分增益。（2）哨聲模合聲波主要分布在電漿層頂以外。夜側到凌晨區域的哨聲模合聲波在磁緯度15°以下的空間範圍內強度最高，與衛星觀測的統計結果一致。（3）哨聲模合聲波在傳播過程中有可能穿過電漿邊界層，進入電漿層內部，並在電漿層內發生多次反射，演化為哨聲模嘶聲波。（4）哨聲模合聲波與電子的相互作用能夠有效加速外輻射帶高能電子；種子電子注入、哨聲模合聲波與哨聲模嘶聲波的傳播角變化對外輻射帶高能電子動力學演化有重要影響；哨聲模合聲波與快磁聲波的共同加速能導致外輻射帶相對論電子通量反常蝴蝶型分布。上述工作有助於理解不同地磁活動期哨聲波的全球分布特徵及演化規律，為進一步建立基於實際衛星探測結果的哨聲波波時空演化模型，以及研究輻射帶哨聲波與高能電子相互作用產生的高能電子動力學演化過程打下了基礎。
