NTS基站的空间响应及波粒相互作用机制的研究

发布时间：2020-06-23 04:36

【摘要】：利用人工地面站发射VLF电磁波来加速辐射带电子沉降是空间物理研究的热门课题。本文利用DEMETER卫星的电场探测器(ICE)和高能粒子探测器(IDP)的数据(2005-2009),首次对地面基站NTS发射的两种不同频率带宽的电磁波在空间分布的特征进行了研究,该电磁波中心频率值均为18.6kHz,频率带宽分别为80Hz和200Hz。根据NTS电磁波两种成分的开关机特点,把NTS信号分为(ON, HALF, OFF)三种类型,采用归一化的ON-OFF方法去除复杂本底,对电磁波的功率谱进行了详细的分析。本文首次研究NTS电磁波的宽、窄两种成分引起的沉降电子(简称NTS电子)的特征,给出两种NTS电磁波成分引起的沉降电子的显著性分布。NTS电磁波可以引起沉降区域电子通量出现5-10倍涨高,NTS电子分布最显著的磁壳层位于L=1.8-2.2,而电子能量最集中的能区在100-400keV。一方面分别从准线性理论和试验粒子理论来研究高能电子和磁层等离子体波的共振相互作用。基于准线性理论,对投掷角散射系数,混合散射系数和能量散射系数进行了分析,发现共振散射系数的大小取决于与之共振的波的频率的大小、带宽、波角、电子在赤道的投掷角、电子的能量以及其所在的磁壳层和纬度。其中心频率的大小决定了在特定的磁壳层与之发生波粒共振相互作用的电子能量大小,波的带宽越大,与之发生共振的电子能量的范围也相应变大,但与其对应的电子投掷角散射率变小。散射率还与平均振幅的平方成正比,电子的损失的周期与电磁波的能量成反比,由此,我们可以通过调整VLF波的振幅大小来提高沉降辐射带电子的效率。另一方面研究了发生共振作用的NTS电子能量与电磁波频率、L值的对应关系。对于试验粒子理论模型,当取L=2时,中心频率为18.6kHz,半波带宽约80Hz,影响到的沉降电子的能量范围在140～150keV,与准线性理论算出的电子共振能量131.5keV相接近。并用将实验数据与理论计算结果进行交叉比对,当固定中心频率为18.6kHz时,用电子的耦合能量随L值的变化图像与NTS电子带能谱的信噪比图进行对照,其共振能量与L值的分布趋势基本一致。说明NTS基站激发的电磁波引起了高能粒子的沉降和扰动,可以用空间波粒相互作用理论来解释。这为以后观测地基人工VLF电磁波发射与电离层扰动之间的关系研究提供了有利的证据和理论支持。
【学位授予单位】：广西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P353
【图文】：

第一绝热不变量与粒子的回旋运动有关，要求磁场变化的时间特征量远远小于粒子的逡逑回旋周期，并且磁场变化的空间尺度远远大于绕回旋中也运动的拉莫半径［１０］。带电粒子逡逑在磁场中做回旋运动如图１－３，就等效于电流的一个巧合的回路，其中＾为拉莫尔半径，Ｒ逡逑为回旋运动的引导中也，ｒ为粒子瞬时位置，其磁矩为逡逑Ｍ邋－—ｊｎｐ＾邋－邋ＰN逡逑Ｃ逦ＩｍＢｙ邋ｙ逡逑其中ｃ为光速，ｙ为电流，／？为拉莫尔半径，ｒ为相对论因子，显然不考虑相对论效应逡逑的条件下Ａ／，／／是相等的。逡逑３逡逑

一周后可Ｗ回到相同的磁力线上。逡逑图１－４．非轴对称场的粒子弹跳运动逡逑假如磁场是非对称场，粒子在其中的运动情况如图１－４，邋一个粒子开始时在区域１中逡逑沿着磁力线在南北半球的两个磁镜点之间来回弹跳，下一个周期它可能漂移到区域２中，逡逑接着又可能返回区域１中。在每一条经度上不是只有一条路径能满足Ｊ不变量，而是因为逡逑６逡逑

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本文编号：2726806