Pitch Angle Dependence of Energetic Electron Precipitation: Energy Deposition, Backscatter, and the Bounce Loss Cone
Pitch Angle Dependence of Energetic Electron Precipitation: Energy Deposition, Backscatter, and the Bounce Loss Cone
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高能电子沉淀的俯仰角依赖性：能量沉积、反向散射和弹跳损失锥
DOI：
10.1002/2017ja024873
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发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Bortnik, J.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Marshall, R. A.;Bortnik, J.
要量化辐射带降水及其对大气的影响，就需要准确地评估沉降电子的俯仰角分布，并了解大气沉降对该分布的依赖性。本文采用蒙特卡罗模拟研究了入射电子能量和俯仰角对弹跳周期时间尺度降水的影响，以及辐射带损失和上层大气沉积的影响。在离散能量和俯仰角下进行了模拟，以评估这些参数对大气能量沉积剖面的依赖性，并估计了背散射粒子的分布。我们观察到大气响应与能量和俯仰角都有关。这些影响共同导致了一个能量依赖的反弹损失锥角，当考虑到低地球轨道时，它可以随粒子能量变化2-3°。该模型还预测，输入电子分布的很大一部分将被反向散射，并且应该被低地球轨道卫星观测到，因为从大气中出现的场对准光束的能量低于输入分布，并且俯仰角分布在损失锥内。
Quantifying radiation belt precipitation and its consequent atmospheric effects requires an accurate assessment of the pitch angle distribution of precipitating electrons, as well as knowledge of the dependence of the atmospheric deposition on that distribution. Here Monte Carlo simulations are used to investigate the effects of the incident electron energy and pitch angle on precipitation for bounce period time scales, and the implications for both the loss from the radiation belts and the deposition in the upper atmosphere. Simulations are conducted at discrete energies and pitch angles to assess the dependence on these parameters of the atmospheric energy deposition profiles and to estimate the backscattered particle distributions. We observe that the atmospheric response is both energy and pitch angle dependent. These effects together result in an energy‐dependent bounce loss cone angle, which can vary by 2–3° with particle energy when considered at low‐Earth orbit. This modeling also predicts that a significant fraction of the input electron distribution will be backscattered and should be observable by low‐Earth‐orbiting satellites as field‐aligned beams emerging from the atmosphere at energies lower than the input distribution and having pitch angles distributed just inside the loss cone.
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