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.      

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.     

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.     

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.     

低高度内辐射带高能质子空间分布位形的研究

利用国际地磁参考场模式(IGRF模式)分析了1970—2000年低高度南大西洋负磁异常区位形的漂移与变化,给出了几个高度异常区中心位置磁场强度的变化和位置的变化。利用带电粒子的运动学方程,简要分析了低高度辐射带高能粒子的运动,得出在低高度,磁场是决定辐射带高能粒子空间强度与分布的决定性因素。低高度辐射带空间分布位形的变化特征应该与低高度南大西洋负磁异常区的变化特征基本一致。低高度南大西洋负磁异常区的特征可以作为低高度辐射带空间分布位形的一个初步判据。     

基于NOAA卫星数据的辐射带质子投掷角分布研究

利用NOAA-12卫星数据对空间环境平静时期太阳同步轨道处辐射带质子投掷角分布进行了研究. 根据投掷角分布的经验公式,计算出90°投掷角的质子方向强度和各向异性指数n. 质子投掷角分布按n的取值范围可分为三类,即90°峰值分布、平顶分布和蝴蝶形分布. 观测证实,对于辐射带质子,三种分布类型均存在并且具有明显的空间区域特征. 在内辐射带边缘地区90°峰值分布占主要优势;在外辐射带高L值区域,90°峰值分布明显减少,平顶分布和蝴蝶形分布逐渐增多. 针对90°峰值分布,研究了质子强度各向异性的区域分布特征,对于内辐射带区域,n值随L值的增大而增大,对于外辐射带,n值表现为逐渐下降的趋势. 为了研究质子投掷角分布对磁地方时的依赖关系,分析了能量为250～800keV的质子在两个不同磁地方时范围的投掷角分布规律. 结果显示,在内辐射带,质子强度的投掷角分布相对稳定,随磁地方时的变化并不显著;而在外辐射带的高L值区域,质子强度的投掷角分布随磁地方时变化明显,与磁地方时之间有明显的依赖关系.     

基于天基光学探测图像初析南大西洋异常区影响

文章针对目前在轨运行的高灵敏度探测类可见光遥感器经过南大西洋异常区（SouthAtlanticAnomaly,SAA）时出现的探测能力降低、目标无法识别等现象,通过卫星在轨获取的SAA天基探测图像研究图像中出现的异常现象机理;提出了基于CCD探测器固有暗像元区的图像特征变化开展SAA影响评估的方法,根据在轨图像暗像元区的均值和标准差、图像区的热像素及活像元等特征参数的统计分析,判断经过SAA过程中连续获取的图像中出现显著影响时的拐点,通过曲线拟合估算出该轨道高度的SAA空间分布特征和边界,依此进一步提出利用在轨天基探测图像给出测量影响该轨道高度卫星SAA区域边界的简单方法;最后,基于SAA对天基探测器件的影响分析结果和认识,给出了高灵敏度探测类卫星避免或消除SAA影响的改进措施和建议。文章采用的数据分析和评估方法为提升SAA对天基探测影响的认识,以及下一步有效开展空间碎片探测工作提供参考。     

低高度空间高能质子通量分布计算

介绍了AP-8模式、CRRESPRO模式和PSB97模式,并用这3种模式分别计算低高度空间300-1100km范围内的高能质子通量分布,由IDL软件绘出通量等值线图.AP-8模式通量主要受银河宇宙线调制,即受太阳活动直接影响,与太阳活动高年相比,太阳活动低年的质子通量较大;CRRESPRO模式中,因活动期和平静期的数据采集时间前后相差很短,从而使同一高度上两种环境条件下的通量分布相似.模式之间的比较结果表明,AP-8模式通量较小,CRRESPRO模式通量较大,PSB97模式通量介于二者之间,并与实测通量接近.PSB97是为低高度(1000km以下)定制的模式,在低高度上优于AP-8模式和CRRESPRO模式,能较好地计算当前条件下的低高度高能质子通量.     

Study of the radiation fields in LEO with the Space Application of Timepix Radiation Monitor (SATRAM)

We present the analysis of data taken by the Space Application of Timepix Radiation Monitor (SATRAM). It is centred on a Timepix detector (300?$\mathrm{\mu }$m thick silicon sensor, pixel pitch 55?$\mathrm{\mu }$m, 256?×?256 pixels). It was flown on Proba-V, an Earth observing satellite of the European Space Agency (ESA) from an altitude of 820?km on a sun-synchronous orbit, launched on May 7, 2013. A Monte Carlo simulation was conducted to determine the detector response to electrons (0.5–7?MeV) and protons (10–400?MeV) in an omnidirectional field taking into account the shielding of the detector housing and the satellite. With the help of the simulation, a strategy was developed to separate electrons, protons and ions in the data. The measured dose rate and stopping power distribution are presented as well as SATRAM’s capability to measure some of the stronger events in Earth’s magnetosphere. The stopping power, the cluster height and the shape of the particle tracks in the sensor were used to separate electrons, protons and ions. The results are presented as well. Finally, the pitch angles for a short period of time were extracted from the data and corrected with the angular response determined by the simulation.     

First results from the LUCID-Timepix spacecraft payload onboard the TechDemoSat-1 satellite in Low Earth Orbit

The Langton Ultimate Cosmic ray Intensity Detector (LUCID) is a payload onboard the satellite TechDemoSat-1, used to study the radiation environment in Low Earth Orbit ($～$635?km). LUCID operated from 2014 to 2017, collecting over 2.1 million frames of radiation data from its five Timepix detectors on board. LUCID is one of the first uses of the Timepix detector technology in open space, with the data providing useful insight into the performance of this technology in new environments. It provides high-sensitivity imaging measurements of the mixed radiation field, with a wide dynamic range in terms of spectral response, particle type and direction. The data has been analysed using computing resources provided by GridPP, with a new machine learning algorithm that uses the Tensorflow framework. This algorithm provides a new approach to processing Medipix data, using a training set of human labelled tracks, providing greater particle classification accuracy than other algorithms. For managing the LUCID data, we have developed an online platform called Timepix Analysis Platform at School (TAPAS). This provides a swift and simple way for users to analyse data that they collect using Timepix detectors from both LUCID and other experiments. We also present some possible future uses of the LUCID data and Medipix detectors in space.     

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 particle dynamics during magnetic storms of July 23–27, 2004

It is a case study of a chain of three magnetic storms with a special attention to the particle dynamics based on CORONAS-F and SERVIS-1 low altitude satellite measurements. Solar proton penetration inside the polar cap and inner magnetosphere and dynamics at different phases of the magnetic storms was studied. We found, that solar protons were captured to the inner radiation belt at the recovery phase of the first and the second magnetic storms and additionally accelerated during the last one. No evidence of sudden commencement (SC) particle injection was found. Enhanced solar proton belt intensity with small pitch angles decreased slowly during satellite orbits for 30 days until the next magnetic storm. Then in 20–30 h we registered strong precipitation of these protons followed by the trapped proton flux dropout. Intensity decrease was more pronounced at lower altitudes and higher particle energies.