辐射带离子回旋波和磁声波研究
辐射带中各种波动对其中电子通量的变化起着至关重要的作用。暴时热离子的注入会形成不稳定的离子分布，激发两种低频波动。其一是电磁离子回旋波，它可以和相对论电子回旋共振，被认为是暴时相对论电子损失的重要因素。另一是磁声波，它可以和赤道附近的电子进行朗道共振，可以加速电子到极端相对论水平，也可以造成电子投掷角的蝶形分布。本文介绍了对这两种波的相关研究。 第一章阐述辐射带的结构，简述基本的动力学过程，解释相关的背景理论模型，介绍所使用的观测数据，给出了论文研究思路。 第二章针对斜传播电磁离子回旋波对高能电子的非线性散射进行了研究。电磁离子回旋波对高能电子的回旋共振散射被认为是辐射带高能电子快速沉降损失的重要因素。波幅较大时波与电子发生非线性散射，偏离经典的准线性预期。已有研究揭示了在平行的电磁离子回旋波中电子的非线性散射特征。但实际观测到的电磁离子回旋波可以有很大的法向角，在斜传播的波中电子的非线性散射行为还没有研究。利用试验粒子模拟和准线性理论计算，我们发现:斜电磁离子回旋波中，发生基频和谐频共振的电子都会出现显著的非线性效应，非线性电子损失的时间尺度比准线性的预期短。随着波法向角增长，准线性和试验粒子输运系数的偏差逐渐缩小，损失的时间尺度之间的偏差也缩小。这些结果有助于发展辐射带模型，使模型对电磁离子回旋波损失电子的预测更加准确。 第三章利用范艾伦双星对磁声波进行了协同观测。磁声波是一种低频的哨声模波动，可以通过朗道共振，局地加速赤道附近的磁镜捕获粒子，造成电子的蝶形投掷角分布。之前的观测表明，磁声波辐射可以显著偏离当地质子回旋频率的整数倍，这些与局地激发理论产生矛盾的情况，可能是由磁声波传播所造成的。但是，受制于卫星观测条件和数据处理计算，很难验证这种猜测。我们利用具有高分辨率的频率—时间特征的范艾伦探针数据，进行了磁声波的协同观测。观测发现:在更高的L壳，亚暴注入的热质子激发了分立的磁声波辐射，辐射线在频率—时间谱上呈现出清晰的上升调特征;在更内部的L壳，亚暴热质子并未注入其中，但磁声波几乎在同一时间被观测到，且波信号呈现出一致的频率—时间特征。这些结果支持了磁声波局地激发理论和波传播的假设，有助于完善相关的磁声波模型，以便更准确地模拟辐射带中磁声波与电子的作用。 第四章总结了本文关于电磁离子回旋波散射电子和磁声波传播的主要工作，并对将来的关于这些波的进一步工作进行展望。
辐射带;电磁离子回旋波;磁声波;非线性散射
中国科学技术大学
博士
空间物理学
郑惠南;苏振鹏
2018
中文
P353.4
90
2018-09-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）