通过土星辐射带小尺度吸收损失结构定量研究对流电场
批准号:
42074200
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
袁憧憬
依托单位:
学科分类:
空间天气学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
袁憧憬
中文摘要
土星磁层的对流模式及其对辐射带高能电子演化的作用是行星磁层物理学的重要问题之一。本项目将通过分析卡西尼飞船进入土星磁层轨道后的13年观测数据,考察土卫二轨道以内的能量电子小尺度吸收损失结构。项目拟基于轨迹优化方法发展能量电子漂移模型,对小尺度吸收损失结构在土星辐射带中的漂移轨迹进行模拟。通过对模拟结果与观测数据进行比较,构建土卫二轨道以内大尺度对流电场的分布特征。本课题拟进一步分析对流电场在土星辐射带核心区域对相对论电子的加速与输运起到的作用,以及形成对流电场的可能原因。
英文摘要
The convection pattern in Saturnian magnetosphere, and its roles on the evolution of energetic electrons in radiation belts, are among the important questions in planetary magnetospheric physics. Through the survey of 13-years MeV electron measurements from Cassini spacecraft, the microsignatures due to absorption by moons inside Enceladus' orbit are going to be analyzed. The simulation method is going to be developed, based on tracking the bounce-average drifts of energetic electrons and the trajectory optimization theory. The model results will be compared with observations to retrieve the distribution of global convection electric field. The effects of convection electric field will be evaluated on the acceleration and transport of MeV electrons in the core region of radiation belts. The spatial and temporal variations resolved from the analyses may also shed light on the possible origins of the convection electric field.
土星磁层对流对电子辐射带演化起到重要作用。受行星高速自转、磁层内部粒子源等因素影响,土星磁层对流模式具有高度复杂性。关键问题在于解析对流电场时空分布规律,构建全局图像,从而理解磁层对流如何输运加速相对论电子并塑造土星辐射带。由于存在土星磁层高能电子数据污染和校正难题,本项目将研究内容拓展至木星磁层。木星和土星磁层具有共性,对木星的研究能够帮助提炼气态巨行星磁层对流及辐射带的普遍规律,并为分析土星磁层的特殊性提供有价值的参考。. 本项目运用卡西尼飞船的探测数据分析了土星辐射带相对论电子投掷角分布的径向变化特征。研究表明从辐射带外边界向内到3.5个土星半径,相对论电子被对流输运和绝热加速过程主导;而在更靠近土星的核心区域,蝴蝶状投掷角分布在不同能量段的普遍存在表明波粒相互作用很可能是最重要的加速机制。通过伽利略飞船的探测数据,本项目系统研究了木星相对论电子短时剧烈增强事件,发现中磁层暴时动力学过程与大尺度电场对流输运协同调控了木星电子辐射带。为了获得木星磁层对流输运的进一步证据,本项目通过时空变化分离建立了能量电子能谱的径向和地方时分布,发现木星中磁层能量电子幂律谱指数具有显著的晨昏不对称性。此外,随着第23个太阳活动周从低年向高年演化,这种晨昏不对称性逐渐加剧。研究成果揭示出木星中磁层存在全球尺度晨昏电场,通过对流输运与加速为木星同步辐射带提供种子电子。. 本项目成果有助于我国未来的深空探测计划和比较行星学研究。在行星磁层物理学领域,项目成果为理解土星和木星辐射带电子的输运与加速提供了关键证据,突破了对木星磁层全球尺度电场的传统认知,为研究木星对流电场结构和起源开辟了新方向,完善了行星磁层物理学理论体系,推动了外太阳系巨行星电子辐射带演化与动力学机制的探索。
地磁暴期间外辐射带内边界的动力学变化
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批准号:41504128
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:21.0万元
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批准年份:2015
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负责人:袁憧憬
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依托单位:
国内基金
海外基金