地球辐射带是人类航天面临的最重要环境之一,由于其中的高能带电粒子严重威胁卫星及宇航员安全而备受关注。受地球磁场分布不均匀影响,内辐射带内边界在南美洲南部及南大西洋海域上空形成一凹陷,被称作南大西洋异常区(SAA)。该区域动态分布演化特征研究是探索辐射带粒子起源和损失机制、构建动态辐射带模型的重要基础,具有重要的科学和应用价值。
南大西洋异常区的中心位置西漂速率在不同的研究结果中存在很大的差异。事实上,西漂速率并不是均匀的,其诱因目前还不清楚。Fürst等人认为这种不均匀的西漂速率是由于地磁场的突然跃变产生的,但并不是所有地磁场突变与西漂速率改变存在一一对应关系,这是这种理论无法解释的。Grigoryan等人通过总结前人研究结果发现,西漂速率在太阳活动峰年与谷年之间存在较大差异,但未明确给出直接观测证据。
本工作首次发现(1)南大西洋异常区西漂速率与太阳活动周参数F10.7具有很强的相关性(图1);(2)南大西洋异常区除存在北向漂移分量,还存在南向漂移分量(图2)。我们利用高斯拟合对NOAA卫星从1980-2009约三个太阳活动周的数据对南大西洋异常区的质子通量分布的峰值通量,中心位置,分布范围进行分析,发现南大西洋异常区质子不仅通量峰值,分布面积存在太阳活动周演化,中心位置的漂移速率也存在太阳活动周演化(图3)。而由内源场IGRF模型计算的南大西洋异常区磁场最小值所在的位置只存在西漂和北漂的分量,且漂移速率近似为常数。我们进一步用外源场T96模型进行定性的分析,发现较高的太阳风动压会引起南大西洋异常区的南向漂移,这说明南向漂移的趋势可能是由于太阳风动压的增强引起的。而西漂的形成机制正在进一步分析中。
这一研究由山东大学空间科学研究院、中科院空间中心、武汉大学、北京大学合作完成,目前已被JGR(Journal of
Geophysical Research- Space Physics)接收,将于近期发表(M. R. Qin, X. G. Zhang, B.
B. Ni, H. Q. Song, H. Zou and Y. Q. Sun, Solar cycle variation of Trapped
proton flux in the inner radiation belt, 2014)。该论文作者感谢国家自然科学基金以及中央高校基本科研业务费专项资金的资助。
摘要链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2014JA020300/abstract
图1.南大西洋异常区经度中心位置时间演化(上),南大西洋异常区经度中心位置的漂移速率(中,西向为负);经度中心漂移速率与F10.7的相关性(下)。图中绿色曲线为太阳活动周参数F10.7的演化。
图2.南大西洋异常区纬度中心位置(上);南大西洋异常区纬度中心位置的漂移速率(中,北漂为正);纬度中心漂移速率与F10.7的相关性。图中虚线为太阳活动周参数F10.7的演化(下)。
图3.1980-2009年南大西洋异常区(a)归一化质子峰值通量、(b)经度中心、(c)纬度中心、(d)分布范围及(e)F10.7的演化