地球辐射带中非典型哨声波的研究

发布时间：2018-02-03 09:56

  本文关键词： 范艾伦辐射带 哨声模波动 低频合声波 振荡调合声波 等离子体层外嘶声波 波粒相互作用　出处：《中国科学技术大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：地球辐射带是内磁层中能量100 keV高能带电粒子聚集成的等离子体区域。辐射带电子的演化非常复杂以及剧烈,并且可以对星载系统和航天员造成严重危害。以往的工作认为辐射带电子的演化是多种加速、损失和输运过程协作竞争的结果。哨声波与辐射带电子的回旋共振便是重要的加速和损失机制之一。基于范艾伦探测器的观测数据,本论文着重分析了一些非典型哨声波的演化以及作用。第一章介绍了辐射带的动态演化过程,概述了波粒相互作用的贡献,并提出了论文的核心研究内容。第二章介绍了范艾伦探测器的主要观测数据和分析方法,列举了一些常见等离子波动的分析结果。第三章关注于高强度的低频合声波。合声波通常被认为分布在0.1到0.8fce,范艾伦探测器数据显示强合声波能够发生在0.1fce以下。这些低频合声波平行于磁力线传播,并且多数时间表现成类嘶声的特性。低频合声波可以导致种子电子(～0.1 MeV)的快速沉降损失,这和典型合声波的作用明显不同。对于相对论电子(≥0.5 MeV),低频合声波产生的动量扩散作用与典型合声波相当,而其在损失锥处产生的投掷角扩散作用则更强。这些研究结果表明低频合声波在辐射带演化中扮演了一个非常不同的角色,需要在辐射带物理模型中加以考虑。第四章关注于长时间持续的振荡调合声波。合声波通常表现为一个类嘶声带或一系列短时(最高约为1 s)的分立结构。范艾伦探测器的数据显示,合声波可以表现为长时间持续的振荡调(长达25 s)。数据分析表明振荡调是一个自然现象而非人工信号。其可能的物理机制是:(1)类嘶声带触发的非线性过程或(2)电磁波源区的调制。如此长时间持续的振荡调合声波具体的产生和演化过程还需要在将来的工作中进一步地研究。第五章关注于等离子体层外嘶声波的放大过程。外嘶声波通常被认为是由等离子体层内的嘶声波泄漏出等离子体层顶而形成的,并且可作为等离子体层顶外辐射带电子损失的潜在重要机制。实际上,人们对泄漏之后外嘶声的演化过程还没有完全的了解。观测和模拟表明亚暴注入的100 keV左右的热电子的可以有效地放大外嘶声波。这些研究结果揭示了外嘶声波演化的一个重要过程—局地放大。第六章总结了本论文得到的核心成果,并展望了关于这些非典型哨声波在将来需要继续推进的工作。
[Abstract]:The radiation zone of the earth is the plasma region of the inner magnetosphere in which the energetic charged particles of 100 keV gather together. The evolution of electrons in the radiation zone is very complex and intense. And it can cause serious harm to spaceborne systems and astronauts. In the past, it has been considered that the evolution of radiation band electrons is a variety of accelerations. One of the important acceleration and loss mechanisms is the cyclotron resonance of whistler waves and radiation band electrons. In this paper, the evolution and action of some atypical whistler waves are analyzed. In chapter 1, the dynamic evolution of radiation bands is introduced, and the contribution of wave particle interaction is summarized. In the second chapter, the main observation data and analysis methods of Van Allen detector are introduced. Some analytical results of common plasma waves are given. Chapter 3 focuses on high intensity low frequency sound waves, which are generally considered to be distributed between 0.1 and 0.8 fces. van Allen detector data show that strong acoustic waves can occur below 0.1 fce. These low frequency acoustic waves propagate parallel to the magnetic line of force, And for most of the time, it shows the characteristic of hoarseness. The low frequency combined acoustic wave can cause the rapid subsidence loss of the seed electron (0. 1 MeV). In the case of relativistic electrons (鈮，

本文编号：1487077