一次大磁暴主相期间ENA氧与氢的分离及分布特征——TWINS卫星观测

本文采用基于ENA(Energetic Neutral Atoms)次生电子起始脉冲高度分布,统计拟合分离中能段ENA两种主要成分氢和氧的方法,研发了实现ENA氢与氧分离的TWINS卫星原始数据处理软件;其中所需要的脉高分布模型,参照已有理论公式,利用TWINS(Two Wide-angle Imaging Neutral-atom Spectrometers)卫星标定数据进行拟合确定未知参数,再加以计算得到.将上述方法用于TWINS卫星实测数据,分离得到一次大磁暴主相期间ENA-H和ENA-O微分通量随观测视线的分布及其随主相增长的变化.分析发现:(1)ENA-H与ENA-O微分通量的强度和随观测视线的分布特征都有明显差别,从某种角度反映出ENA之源的O^+与H^+离子强度和分布之间的差异;(2)接近主相极大时,ENA-H有很强的低高度发射(LAE,Low Altitude Emission),出现在磁地方时午夜前极光和亚极光纬度区,意味着该区域较强的等离子片和环电流质子沉降,进入到外层基底以下较低高度大气层;而ENA-O则未有明显LAE产生;ENA-O强通量观测视线主要穿过广大环电流区,磁地方时主要在午夜之后以及黄昏前和黎明前后;(3)在磁暴主相快速增长期,ENA-O平均总通量持续增大,而ENA-H同步减小,ENA-O与ENA-H平均总通量的比率随环电流指数Dst绝对值的增大而大致成正比增长.

利用差分体像素CT由TWINS卫星ENA成像反演暴时环电流离子三维分布

本文将体像素CT方法应用于TWINS卫星高能中性原子立体成像数据,重建环电流离子通量强度三维分布.为了克服卫星ENA成像可能存在的仪器偏差造成反演误差增大甚至迭代发散无解的问题,发展了差分ENA体像素CT反演方法.采用环电流离子分布理论模型和实际卫星观测几何构形进行模拟检验,证明了该方法的可靠性和优越性.利用此方法分析2012年7月15日磁暴(min Dst=-133nT)主相期间TWINS两颗卫星的实测ENA数据(能量范围4keV^50keV),反演得到环电流离子微分通量随L值/纬度/地方时的三维分布与能谱.所得离子通量呈现显著不对称的部分环电流特征,主要分布在低纬-赤道区磁午夜前后至黎明前数小时,L值约为3.5~6.5的区域;将反演得到的磁午夜后赤道区环电流离子通量能谱,与THEMIS卫星当地测量得到的此区域同时的能谱作比较,两者符合得很好;证明本文发展的差分体像素CT是由多卫星ENA二维图像重建暴时环电流离子分布的有效方法.