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空間中心科研人員在極區場向電子事件分布的研究中取得進展

文章來源: | 發布時間:2019-11-21 | 【打印】【關閉】

場向電子是指沿磁力線運動的電子流,是場向電流的主要載體,在空間等離子體動力學過程中起著非常關鍵的作用。極區場向電子研究對于認識太陽風-磁層相互作用以及電離層-磁層耦合有著重要的科學意義。由于受衛星軌道的限制,以前對地球極區場向電子的特性、分布和動力學過程還缺乏全面的認識。

最近,中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室史建魁研究員、张子迎博士和程征伟副研究員等以及国际合作者利用Cluster衛星2003-2004年期間的觀測數據,研究了地球極區上空場向電子的特性和分布特征。這一研究工作與以往他人研究的不同之處在于,區分了地球的南北極,電子的上下行,研究了LT 0000-2400全地方時的分布,取得了非常有意義的重要研究成果。

主要研究結果爲:(1)極區場向電子事件持續時間範圍爲4~475s。這打破了以往研究發現最大僅爲幾十秒的認識。(2)在南北半球場向電子主要沿極光帶分布且呈雙峰結構,主峰位于極尖區偏晨側(0700-1500MLT),次峰位于午夜前的極光帶上(2100-2300MLT)。而前人的研究則認爲只有一個峰或沒有區分南北半球。(3)南北半球極尖區觀測到的場向電子事件數基本相同,但在南半球下行事件明顯居多,北半球上行事件明顯居多;南半球場向電子主要分布在較高的高度範圍和較低緯度範圍。(4)在南半球,下行場向電子事件在較高緯度範圍有另一集中,可能與極區NBZ電流有關。這些說明極區的場向電子分布具有顯著的南北半球不對稱性,是一個全新的研究結果。進一步分析認爲:日側的極區場向電子分布主峰與太陽風粒子直接相關,夜側的與地球磁尾的活動直接相關;極尖區的場向電子主要來自太陽風和電離層;南北半球不對稱性主要由太陽風流向和磁層結構的不對稱性引起,行星際磁場IMF的不對稱性以及兩半球電離層電導率的差異,也是引起極區場向電子南北半球分布不對稱的原因。

以上研究結果發表在美國地球物理學會(AGU)學術期刊Journal of Geophysical Research上。相關論文:

Shi J, Zhang Z, Torkar K, Cheng Z, Escoubet P, et al, (2019). South‐north hemispheric asymmetry of the FAE distribution around the cusp region: Cluster observation. JGR, 124. https://doi.org/10.1029/2019JA026582

Shi J, Zhang Z, Torkar K, Cheng Z, Farzakeley A, et al, (2017). Distribution of field-aligned electron events in the high-altitude polar region: Cluster observations. JGR, 122. https://doi.org/10.1002/2017JA024360

 


1. 南北半球極區上下行場向電子事件沿磁地方時的雙峰分布


2. 南北半球極尖區上下行場向電子事件沿高度的分布


3. 南北半球極尖區上下行場向電子事件沿不變量緯度的分布 

(供稿:天氣室)