FY-3A卫星与NOOA系列卫星高能带电粒子实测结果的比较

FY-3A卫星是运行于830 km高度的太阳同步轨道气象卫星,其搭载的空间环境监测器可观测3～300 MeV的高能质子和0.15～5.70 MeV的高能电子.FY-3A卫星在轨工作期间,太阳活动处于由谷年向峰年过渡期,空间环境非常平静,探测结果显示3～300 MeV的高能质子分布主要集中在南大西洋辐射带异常区,0.15～5.70 MeV的高能电子分布区域除南大西洋异常区外,还分布在南北两极高纬区域.FY-3A与NOAA卫星测量结果反映出带电粒子强度及分布区域随投掷角变化的空间各向异性特征.本文在充分考虑了带电粒子时间、空间分布差异以及比对探测器之间自身设计差异的前提下,经过归一化处理后,首次对两颗卫星同期探测结果进行相关性分析,验证了两颗卫星相同时空条件下高能带电粒子通量分布的一致性;说明FY-3A空间环境监测器不仅具备空间带电粒子辐射监测能力,且探测结果有效可靠,可用作辐射带环境数据源的组成部分,为发展新的模型,深入研究辐射带高能粒子的分布、起源和传输等提供新的观测依据.     

FY-3A卫星与NOAA系列卫星高能带电粒子实测结果的比较

FY-3A卫星是运行于830 km高度的太阳同步轨道气象卫星, 其搭载的空间环境监测器可观测3~300 MeV的高能质子和0.15~5.70 MeV的高能电子. FY-3A卫星在轨工作期间, 太阳活动处于由谷年向峰年过渡期, 空间环境非常平静, 探测结果显示3~300 MeV的高能质子分布主要集中在南大西洋辐射带异常区, 0.15~5.70 MeV的高能电子分布区域除南大西洋异常区外, 还分布在南北两极高纬区域. FY-3A与NOAA卫星测量结果反映出带电粒子强度及分布区域随投掷角变化的空间各向异性特征. 本文在充分考虑了带电粒子时间、空间分布差异以及比对探测器之间自身设计差异的前提下, 经过归一化处理后, 首次对两颗卫星同期探测结果进行相关性分析, 验证了两颗卫星相同时空条件下高能带电粒子通量分布的一致性; 说明FY-3A空间环境监测器不仅具备空间带电粒子辐射监测能力, 且探测结果有效可靠, 可用作辐射带环境数据源的组成部分, 为发展新的模型, 深入研究辐射带高能粒子的分布、起源和传输等提供新的观测依据.      

基于SAMPEX卫星观测的南大西洋异常区高能质子动态分布特征

利用SAMPEX卫星1992年7月至2004年6月19～27MeV高能质子数据对南大西洋异常区的分布特征进行研究, 发现南大西洋异常区高能质子分布随高度及F_10.7的变化十分显著. 在540±25km高度上, 地磁较为平静时期南大西洋异常区高能质子微分通量随着F_10.7的增大而减小, 同时在F_10.7≥115sfu时减小趋势较为平缓. 对中等及以上磁暴进行统计分析发现, 磁暴期间南大西洋异常区高能质子微分通量和SYM-H指数的绝对值存在明显的反相关关系, 且地磁暴对南大西洋异常区高能质子微分通量存在明显的持续影响效应. 磁暴发生期间高能质子微分通量明显减少. 磁暴恢复相及其之后高能质子微分通量呈现较为显著的恢复过程.      

太阳周期活动对低高度内辐射带高能质子的影响

利用NOAA-15卫星1998年到2011年近13年的高能质子全向通量观测资料, 分析了一个太阳活动周内, 低高度内辐射带高能质子通量的分布变化特性及其物理原因, 比较了观测结果与AP8模型的不同. 研究表明, 低高度内辐射带高能质子通量与太阳活动水平的反相关关系与磁壳参数L值及磁场B值有关; L值越低, B值越大的空间点, 其高能质子通量与太阳活动水平的反向相关性越明显. 高能质子通量随太阳活动水平的变化存在明显滞后现象, L值越高、 B值越小的空间点, 滞后现象就越明显, 滞后严重时可以达到一年左右的时间; 这种滞后现象反映出低高度内辐射带高能质子的源与损失达到平衡是一个中长期过程. 通过与AP8模型计算结果的比较分析可以看出, 利用AP8模型时, 仅考虑地磁场长期变化对质子通量的影响可能会夸大低高度内辐射带局部高能质子通量的增强.      

辐射带AP9模式在南大西洋异常区的系统性量化评估

针对目前辐射带AP9模式量化评估不够系统的问题，基于F_10.7指数确定高、中、低太阳活动水平，以三种太阳活动水平条件下NOAA-15观测的140~500MeV的全向质子通量为参考数据，以南大西洋异常区为对比区域，定义边界吻合度和大小量级差为评估指标，将辐射带AP9模式分别与AP8模式和参考数据进行对比，对AP9模式进行系统性量化评估.结果表明，AP8和AP9模式均能重构出南大西洋异常区，但AP8模式重构的南大西洋异常区轮廓与观测结果更为吻合.平均而言，AP8和AP9模拟结果均比观测值高，AP8比AP9更接近观测值.太阳活动水平越低，AP9与观测之间的差距越小.      

地磁长期变化引起的低高度卫星轨道辐射带粒子环境的变化

利用IGRF2000模式计算了几个典型轨道辐射带粒子环境并与IGRF1970模式计算的结果进行了比较。计算结果表明，在辐射带的低部，对应某些倾角的能量大于0．1MeV质子的轨道积分通量变化达到2个量级，而通量大10MeV的辐射带质子的轨道积分通量变化达到1个量级；轨道积分通量的最大值变化为1个量级。能量大于0．04MeV辐射带电子的轨道积分通量变化在某些倾角达到3个量级，但轨道积分最大值的变化低于1个量级。1000km以上高度辐射带粒子环境的变化很小。     

太阳质子事件对太阳同步轨道空间辐射环境影响分析

介绍了南大西洋异常区的辐射环境及其特点，重点研究了发生于2000年7月14日的太阳质子事件对太阳同步轨道空间环境造成的影响，太阳质子事件期间，抵达近地空间的高能电子、质子及重离子对太阳同步轨道空间环境造成剧烈地扰动，并且不同种类不同能量的粒子扰动特征不尽相同。     

FY-3A观测的次南大西洋异常区形成机理

研究FY-3A卫星观测到的内辐射带质子通量分布,发现3～5MeV能道出现除南大西洋异常区以外的第二个异常区.该异常区是一个质子通量的次极值区,由于该质子通量极值区比主南大西洋异常区强度弱、面积小,因此称之为次南大西洋异常区.通过在主南大西洋异常区和次南大西洋异常区分别选取有代表性的样本点进行研究,发现内辐射带质子通量随投掷角近似呈正态分布,当投掷角在90°附近时,质子通量出现极大值;当投掷角大于120°或者小于60°时,质子通量几乎为零.此外,主南大西洋异常区质子通量在各个能道均为完全各向异性,次南大西洋异常区质子通量随着能道增高逐渐趋于各向同性.通过NOAA观测数据对此规律进行了验证,并由此解释了次南大西洋异常区的形成机理.      

地磁场的长期变化对辐射带质子通量计算的影响

用不同年代的国际地磁参考场(IGR)模式及最新的辐射带粒子通量模式,计算了低高度上空间某点的辐射带质子通量随时间的变化,讨论了地磁场的长期变化对L-B坐标及辐射带带电粒子通量计算的影响,对正确使用地磁场模式计算磁壳参量L及辐射带粒子通量模式给予了说明和建议.      

漂移壳追踪方法与内辐射带的长期变化

地磁场的长期变化发迹辐射带结构,如何在当前年代下恰当地使用ＡＥ－８／ＡＰ－８模型,目前国内外对此问题存在着很大的争议。我们在物理分析的基础上给出了当前年代下使用辐射带模型ＡＰ－８的漂移壳追踪方法ＤＳＴＭ（Ｄｒｉｆｔ Ｓｈｅｌｌ Ｔｒａｃｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ）。计算结果表明地磁场的长期变化对内辐射带的通量分布有着显著的影响。３０－４０年来,南大西洋通量异常区中心向丁和向北发生偏移,高粒子辐射区域的范     

Solar cosmic rays in the near Earth space and the atmosphere

Solar energetic particles (SEPs) constitute a distinct population of energetic charged particles, which can be often observed in the near Earth space. SEP penetration into the Earth’s magnetosphere is a complicated process depending on particle magnetic rigidity and geomagnetic field structure. Particles in the several MeV energy range can only access to periphery of the magnetosphere and the polar cap regions, while the GeV particles can arrive at equatorial latitudes. Solar protons with energies higher than 100 MeV may be observed in the atmosphere above ∼30 km, and those with energies more than 1 GeV may be recorded even at the sea level. There are some observational evidences of SEP influence on atmospheric processes. Intruding into the atmosphere, SEPs affect middle atmosphere odd-nitrogen and ozone chemistry. Since spatial and temporal variations of SEP fluxes in the near Earth space are controlled by solar activity, SEPs may present an important link between solar activity and climate. The paper outlines dynamics of SEP fluxes in the near Earth space during the last decades. This can be useful for tracing relationship between SEPs and atmospheric processes.     

倒V电子沉降通量能谱的理论计算

沿极光区磁力线大约在2000公里到8000公里的高度范围内,存在着一个等离子体湍流和大尺度平行电场的加速区。沿磁力线运动的等离子体片中的电子通过此加速区时,受到等离子体湍流和平行电场的共同作用,形成电子沉降的倒V结构。从一维准线性的动力学方程出发,导出了沉降电子通量的能谱方程,得出了电子通量能谱的理论公式。对等离子体湍流和平行电场对沉降电子能谱的影响作了分析和讨论。本文所提出的理论可以解释目前观测到的某些基本现象。      

HXMT卫星空间环境监测器及初步观测结果

硬X射线调制望远镜（HXMT）卫星是中国首个专门进行天文探测的空间科学实验卫星,运行于高度约550km、倾角约43°的低地球轨道.星载空间环境监测器为星上科学任务开展提供背景辐射实测资料.该监测器采用固体探测器望远镜系统和扇形阵列全新组合设计,可获取轨道空间高能质子和高能电子能谱、方向综合动态结果,给出更为全面的粒子辐射分布图像.初步探测结果显示,卫星运行轨道遭遇的带电粒子辐射集中分布在经度80°W-20°E,纬度0°-40°S的南大西洋异常区,粒子辐射在该区域表现出不同程度的方向差异分布,高能电子方向差异分布显著强于高能质子.2017年9月空间环境扰动期间,爆发的太阳质子事件并未对该轨道粒子辐射产生影响,而地磁活动导致该轨道穿越经度120°W-60°E,纬度40°-43°N的北美上空和经度60°-120°E,纬度43°-40°S的澳大利亚西南区域时遭遇增强粒子辐射影响,增强的粒子辐射表现出极强的方向分布.      

Trapped antiprotons produced by cosmic rays in the Earth's magnetosphere.

The existence of significant fluxes of antiparticles in the Earth magnetosphere has been predicted on theoretical considerations in this article. These antiparticles (positrons or antiprotons) at several hundred kilometers of altitudes, we believe are not of direct extraterrestrial origin, but are the natural products of nuclear reactions of the high energy primary cosmic rays (CR) and trapped protons (TP) confined in the terrestrial radiation belt, with the constituents of terrestrial atmosphere. Extraterrestrial positrons and antiprotons born in nuclear reactions of the same CR particles passing through only 5-7 g/cm2 of interstellar matter, exhibit lower fluxes compared to the antiprotons born at hundreds of g/cm2 in the atmosphere, which when confined in the magnetic field of the Earth (in any other planet), get accumulated. We present the results of the computations of the antiproton fluxes at 10 MeV to several GeV energies due to CR particle interactions with the matter in the interstellar space, and also with the residual atmosphere at altitudes of approximately 1000 km over the Earth's surface. The estimates show that the magnetospheric antiproton fluxes are greater by two orders of magnitude compared to the extraterrestrial fluxes measured at energies <1-2 GeV.     

Trapped proton fluxes measured on board LEO satellites in comparison with models

The proton fluxes from the low-Earth orbital satellites databases (NPOES-17 and CORONAS-F) were analyzed for the quiet geomagnetic period in April 2005. The satisfactory consent was found between the experimental and the AP8 model fluxes of the trapped protons with energy more than ∼10 MeV. At the same time, trapped proton fluxes with energy less than 10 MeV measured by LEO satellites were higher than the ones predicted by the AP8 model in the region of the SAA (drift shell L < 1.5).     

Variation of energetic particle precipitation with local magnetic time

The detailed study of the precipitation of magnetospheric particles into the atmosphere is complicated by the rather complex spatial configuration of the precipitation region and its variability with geomagnetic activity. In this paper we will introduce polar oval coordinates and apply them to POES observations of 30 keV to 2.5 MeV electrons and comparable protons to illustrate the dependence of particle precipitation on local time and geomagnetic activity. These coordinates also allow an easy separation of the spatial precipitation patterns of solar and magnetospheric particles. The results indicate that (a) the spatial precipitation pattern of energetic magnetospheric electrons basically follows the pattern of the field parallel Birkeland currents up to MeV energies and (b) at least in the mesosphere the influence of magnetospheric electrons is comparable to the one of solar electrons. Implications for modeling of atmospheric chemistry will be sketched.     

磁尾粒子在晨昏电场作用下的散射与沉降

我们认为,在沉降粒子的形成中,磁尾粒子的散射是极其重要的。本文从粒子的轨道理论人手,通过对近900条粒子轨道的具体计算,研究了磁尾粒子在晨昏电场作用下的投掷角变化。计算结果清楚地显示出了磁尾粒子在晨昏电场的作用下,经历着明显的散射过程。运动经过非小扰动区的磁尾粒子在非小扰动区内经多次反射,磁矩不再是不变的,从而投掷角改变,使得一个原在磁尾为各向同性的投掷角分布,在粒子运动到远离中性线的近地区域时改变成为一个近麦氏分布。我们还研究了这些粒子的空间经历,发现这些离开磁尾进入近地区域的粒子在发生散射的同时还发生了空间分离——晨昏分离、纬向分离以及质子和电子之间的相对空间分离,给出了清晰的粒子沉降图象。