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近地等离子体片中磁通量堆积区的电子加速:多事例研究
录入者:  |  时间:2016-04-29 09:23:08  |  作者:汤朝灵  |  浏览次数:

近地等离子体片中磁通量堆积区(FPR)对于磁层亚暴研究是非常重要的。通常,两种类型的磁场偶极化与近地磁通量堆积区的形成过程是紧密联系在一起的。一种是瞬时、小尺度的磁场偶极化(或称为偶极化锋面,DF),另一种是长时间、大尺度的磁场偶极化(也就是我们通常说的亚暴偶极化,substorm dipolarization)。近来,偶极化锋面相关的电子加速成为了磁层物理研究的热点问题之一。

过去统计研究表明,在约50%的近地偶极化锋面事件中能量电子呈现出“电子感应加速”的特征(电子通量的峰值出现在90度投掷角方向)。而在40%的近地偶极化锋面事件中,能量电子呈现出“费米加速”的特征(电子通量的峰值出现在0度和180度投掷角方向)。然而,对于呈现出电子感应加速特征的锋面事件,如何解释其所对应的绚丽多彩的极光现象呢?同样,对于呈现出费米加速特征的锋面事件,又如何解释其所对应的电子注入现象(可能成为辐射带中“杀手电子”的种子)呢?

在本项研究中,通过对位于近地等离子体片中“完美”的偶极化锋面事件的观测研究发现:在与偶极化锋面相关的磁通量堆积区中存在一个磁场增强区(MFCR,如图1a)。在增强区内,磁场Bz分量急剧增加,电子感应加速的特征被观测到;在增强区之外,磁场Bz分量维持在一个增强水平或减小,电子费米加速特征被观测到。这些事件(图2和图3)能很好地解释了一次偶极化锋面事件中所对应的极光和电子注入现象。

Figure 1.A schematic to illustrate themagneticFPRs in the

near-Earth plasma sheetin the equatorial plane: (a)the localized FPR associated with the DFs, (b) the

large-scale FPR associated with substorm dipolarization.The pale goldenrod region

is theMFER; the pale green region indicates therest of the FPR.

Figure 2.Observations from P3 (THEMIS

D) during the time interval from 0314 to 0318 UT onMarch 5, 2009.

Figure 3.Observations

from P3 (THEMIS D) during the time interval from 0729 to 0731 UT on March 27,

2008.

在本项研究中,还非常幸运地在一次亚暴偶极化过程中先后观测电子感应加速的特征和电子费米加速特征(如图1b)。这为亚暴偶极化在磁层亚暴和电子辐射带起重要作用提供了直接的观测证据。

本项研究主要是本中心、南昌大学、伦敦大学学院穆拉德空间科学实验室以及美国佛罗里达理工学院等科研人员合作完成。该项研究得到了国家自然科学基金、科技部973项目和山东省自然科学基金的资助。相关研究结果已正式被J. Geophys. Res.-Space Physics正式接受,并将于近期发表[Chaoling TANG,Meng Zhou , Zhonghua Yao andFeng Shi(2016),Electronacceleration

associated with the magnetic flux pileup regions in the near-Earth plasma

sheet: a multi-case study,J.

Geophys. Res.Space Physics, in press]

非常感谢美国RiceUniversityRichard

Wolf教授和University of CaliforniaLos Angeles)的Andrei

Runov博士在论文评审中给予的帮助。

 

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