哨声模波对高能电子槽区和外辐射带的调节作用

本文利用磁层哨声模嘶声和合声波的幅度分布模型、近赤道背景电子(能量在eV量级)的数密度分布模型和IGRF10磁场模型建立了一个高能电子(能量大于50keV)准线性扩散模型.模型的数值结果表明,在不同的地磁条件下,等离子体层顶位置的变化改变了磁层背景电子数密度的空间分布,从而改变了哨声模嘶声对高能电子有效的投掷角扩散(损失)区域,同时也改变了哨声模合声波对高能电子有效的动量扩散(加速)区域.哨声模嘶声对电子投掷角扩散区域的变化和CRRES卫星探测到的高能电子的槽区变化是一致的,而合声波对电子的动量扩散区域的变化和卫星探测到外辐射带的变化相同.这种对应关系说明:在不同的地磁条件下,哨声模波对高能电子扩散区域的变化是造成高能电子槽区和外辐射带的空间位置和大小变化的一个重要因素.在一些强磁暴期间,由于嘶声对部分能量范围电子的投掷角扩散作用消失,这些电子的槽区也随之消失,从而使内外辐射带连接在一起.

哨声模合声波与地球同步轨道高能电子通量增强事件事例研究

局部加速机制是磁暴期间地球外辐射带高能电子通量增强事件发生的重要原因.此加速机制需要两个基本条件,一是存在种子电子,二是存在能与种子电子产生共振的加速波动,包括哨声模合声波.通过对2004—2006年Pi1地磁脉动持续时间与种子电子通量的相关性分析,更明确提出Pi1地磁脉动的持续时间可以作为种子电子通量的指示剂.通过对三个磁暴事例地球同步轨道的种子电子通量、高能电子通量及哨声模合声波变化情况的分析,发现在高能电子通量较强的事例中,均观测到较高的种子电子通量和较强的哨声模合声波,这在一定程度上验证了哨声模合声波对种子电子的回旋加速机制,且合声波强度与高能电子通量有正的相关性.

弱相对论捕获电子哨声模不稳定性

本文讨论了弱相对论的捕获电子在磁镜位形中对哨声波不稳定性的影响。在简化的箱子模型下,用摄动法求解了带有弱相对论捕获电子效应的本征方程。发现各向异性热电子可以驱动哨声模不稳定性,而相对论效应使不稳定性的各向异性阈值升高,增长率的最大值减小并使不稳定性向低频方向移动。

空间等离子体中哨声波合声模非稳定性

系统分析了Kappa空间等离子体中哨声波合声模的非稳定性.研究发现,高能电子的数密度和温度各向异性越高,哨声波的增长率以及正增长率所对应的频率范围也越大;当电子温度过低或过高时,高能电子与哨声波的相互作用较弱,导致增长率较低;磁纬度越高,传播角越大,增长率越小.利用射线追踪的结果分析了哨声波合声模在传播过程中的增益和衰减过程,计算结果表明,在同等条件下,低频段哨声波合声模的增益远大于高频段哨声波合声模的增益.

外辐射带波粒相互作用的观测分析与数值模拟

本文利用Van Allen Probes卫星观测数据研究了2013年3月17日至18日强磁暴期间外辐射带高能电子通量(1.8-2.6 M e V)的演化。观测结果显示,在磁暴恢复期间,高能电子通量增涨约50-100倍。在L=4.1的附近,Van Allen Probes同步观测到高强度的合声波。本文基于高斯分布的哨声波谱密度分布和偶极子背景磁场模型,计算了弹跳平均电子共振扩散系数,并通过求解Fokker-Planck扩散方程对高能电子相空间密度的演化过程进行了估算。数值计算结果表明,观测到的合声波能够与辐射带高能电子产生回旋共振作用,有效地加速高能电子。本文的观测和模拟结果为合声波加速竞争机制引起的辐射带高能电子演化过程提供了一定依据。