近日，山东大学空间科学攀登团队太阳爆发与射电技术课题组在地球外辐射带研究领域取得新进展，先后在美国《地球物理学研究杂志：空间物理学》（Journal of Geophysical Research：Space physics）上发表三篇论文。三篇研究论文的第一作者或通讯作者为课题组教授汤朝灵，山东大学为第一作者和通讯作者单位。合作者包括中国科学技术大学教授苏振鹏，武汉大学教授倪彬彬，美国Staunch数据分析实验室张继春，长沙理工大学杨昶、硕士研究生王旭（第二篇论文的第一作者）、陈景润、初鑫鑫等。
地球外辐射带是地球空间最严重的辐射环境之一，其外辐射带电子通量可以在不同时间尺度（分钟到年）上发生剧烈变化。在不同地磁活动期间，相对论电子（>1 MeV）通量的增强会对在轨卫星的正常工作、运行和宇航员的安全等造成威胁，严重时可能会导致航天器和卫星毁坏失效。因此，研究地磁活动（磁暴和亚暴）对外辐射带的影响不仅是空间物理学的研究热点，也是空间天气学研究的热点之一。
亚暴强度VS不同相对论电子相空间密度变化
“Rapid enhancements of relativistic electrons in the Earth's outer radiation belt caused by the intense substorms: A statistical study”（《强亚暴导致地球外辐射带相对论电子迅速增强的统计研究》）是基于最新的地球外辐射带探测数据，对2013年到2015年期间的29次强亚暴事件（AEmax > 900 nT）中外辐射相对论电子动力学进行了分析研究。亚暴是地球空间最重要的能量输入、耦合和耗散过程。亚暴通常发生在行星际磁场南向时，每次延续2~3小时，每天出现4~5次。统计结果表明，地磁暴期间的强亚暴可以导致外辐射带相对论电子在9小时内显著增加，这个时间尺度远小于通常相对论电子加速的时间尺度（24小时）。这将有助于进一步认识磁暴期间外辐射带相对论电子的加速过程，对空间天气预报也有重要意义。
主相持续时间长的强磁暴中相对论电子通量的演化特征
“The evolutions of the seed and relativistic electrons in the Earth's outer radiation belt during the geomagnetic storms: A statistical study”（《磁暴期间地球外辐射带种子电子和相对论电子通量演化特征的统计研究》），利用最新的外辐射带探测数据对45个磁暴事件中的种子电子和相对论电子通量演化特征进行了分析研究。基于不同的磁暴强度和磁暴主相持续时间，将磁暴事件分为四种不同类型。统计结果表明，磁暴主相持续时间和磁暴强度对磁暴期间外辐射带种子电子和相对论电子通量的演化起到重要作用。这不仅有助于人们进一步认识磁暴期间外辐射带电子动力学过程，也将有助于空间天气的预报。
2013年6月1日强磁暴事件等离子体层顶试验粒子的模拟图
“The effects of geomagnetic activities on acceleration regions of radiation belt electrons”（《地磁活动对辐射带电子加速区的影响》），主要对一个强磁暴期间的相对论电子加速区进行了详细地分析研究。我们发现：（1）第一个局地加速区发生在磁暴恢复相早期，其位于小L壳层（L* ~ 4.0）处，这与不连续的亚暴活动有关；（2）第二个局地加速区发生在磁暴恢复相后期，其位于大L壳层（L* ~ 5.0）处，这与持续的亚暴活动有关。研究表明，地磁活动对于相对论电子加速区的位置和动力学过程都是非常重要的。这将有助进一步认识磁暴期间外辐射带相对论电子的动力学过程。
近年来，汤朝灵教授对地球外辐射带种子加速机制和地磁活动对外辐射带电子动力学影响等关键科学问题开展了深入系统研究，已在Journal of Geophysical Research：Space physics等国际空间物理学期刊上先后发表十余篇学术论文。本系列研究成果得到国家自然科学基金项目的资助。
文章链接：
1.Rapid enhancements of relativistic electrons in the Earth's outer radiation belt caused by the intense substorms: A statistical study
2.The evolutions of the seed and relativistic electrons in the Earth's outer radiation belt during the geomagnetic storms: A statistical study
3.The effects of geomagnetic activities on acceleration regions of radiation belt electrons
