近日，山东大学空间科学与技术学院汤朝灵教授指导本科生在外辐射带相对论电子加速方面取得新进展，相关成果以“The Effects of Different Solar Wind and Geomagnetic Conditions on the Relativistic Electron Accelerations in the Earth's Outer Radiation Belt”为题，发表于期刊Journal of Geophysical Research: Space physics。山东大学空间科学与技术学院本科生蒋政良为第一作者，汤朝灵教授为通讯作者，合作者包括陈景润、苏振鹏教授、初鑫鑫。

地球外辐射带中相对论电子（能量 > 1 MeV）的通量在地磁暴期间可发生剧烈变化，对航天器安全构成严重威胁。尽管已有研究表明，合声波引起的局地加速和超低频波引起的径向扩散是电子加速的主要机制，但不同太阳风和地磁条件如何协同影响加速过程的空间位置、通量强度及时间尺度，仍缺乏系统认识。

研究团队基于范阿伦探测器在2012年至2019年间的观测数据，对74个地磁暴事件进行了统计分析，重点关注不同截止能量（3.4 MeV至7.7 MeV）电子的加速条件对相对论电子分布的影响。

图1 相对论电子通量峰值的位置与磁暴强度关系图，其中颜色代表不同截止能量电子的加速条件，形状代表不同太阳风流速条件

图2 相对论电子通量峰值的位置与亚暴强度关系图，其中颜色代表不同截止能量电子的加速条件，形状代表不同亚暴发生阶段

图3 不同相对论电子到达通量峰值时间的事件数量图，其中颜色代表不同截止能量电子的加速条件

研究结果显示，磁暴恢复相期1 MeV 和 3.4 MeV 电子的峰值通量位置与磁暴强度呈现出强烈的负相关关系（|CC| ≥ 0.76），表明越强的磁暴越能将相对论电子推向更靠近地球的区域。同时，恢复相早期的持续亚暴活动被证实能够驱动 L * < 3.6 区域的电子加速。值得注意的是，无论是中度还是强地磁暴，都能有效促进外辐射带相对论电子的加速过程（CC ≥ 0.50），而电子的峰值通量与亚暴强度高度相关（CC ≥ 0.67），恢复相期间持续且强烈的亚暴活动是电子加速达到上限的关键因素，在此过程中，合声波驱动的局地加速被认为起主导作用。此外，研究还发现，持续时间长且速度高的太阳风流与更低壳层的通量增强密切相关，表明超低频波驱动的向内径向扩散在这一加速过程中可能占据主导地位。进一步的分析表明，相对论电子的加速时间尺度不仅与电子能量有关，更强烈地受到恢复相期间太阳风速度和亚暴活动水平的共同调制。

该项研究从统计学角度考察了太阳风与地磁条件对地球外辐射带中相对论电子加速过程的影响，确定了磁暴强度、太阳风速度以及磁暴恢复阶段的亚暴活动是影响相对论电子峰值通量、位置和加速时间等的关键因素。

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本论文的研究工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金的支持。