高能电子暴的那些事

作者: 利刃

来源: 中科院之声

发布日期: 2016-09-15 07:44:34

近期,中科院国家空间科学中心空间环境预报中心连续发布了多个高能电子暴的预报警报,事件一度达到了橙色警报级别。高能电子暴是磁层常见的危害性空间天气,对卫星等航天器造成严重威胁。文章详细介绍了高能电子暴的形成、危害及其与太阳活动的关系。

近期,中科院国家空间科学中心空间环境预报中心连续发布了多个高能电子暴的预报警报,事件一度达到了橙色警报级别。仅在9月4-6日,地球同步轨道大于2Mev高能电子日积分通量就已连续三天超过中等高能电子暴事件阈值(1.0E+09个/cm2﹒sr﹒day)。那么,高能电子暴究竟是怎样一回事,它的来龙去脉又是怎么样的?今天,我们就作为科普知识,说道说道。

提起高能电子,首先不得不说他所处的一个环境,这就是我们经常提到的辐射带,也叫Van Allen带。

辐射带中充满了被地磁场捕获的高能带电粒子,其中内辐射带(在磁赤道面上1.2RE-2RE,在子午面内的纬度范围约为40°,其中RE为地球半径)主要由能量范围在0.1-400 Mev的质子构成,外辐射带(载磁赤道面上3-7RE,在子午面的纬度范围约为55°~70°)的主要成分则是0.04-7 Mev的电子。内辐射带相对稳定,而外辐射带可就不那么“老实”了,其对磁层活动有明显的响应,比较活跃,变化较大。

特别是地球外辐射带中能量在Mev的相对论电子,其通量在一些磁暴恢复相阶段会出现数量级的增长,引起所谓的“暴”事件。

高能电子暴是磁层常见的危害性空间天气,这在我们空间环境预报领域已经被列入了“重点关注”对象。高能电子(或称相对论电子)具有极强的穿透性,能够“毫无保留”的穿透卫星屏蔽层,沉积在卫星内部的电解质材料中,从而诱发介质内部的充电和放电,导致卫星的异常、故障甚至损坏。

高能电子的起源是此类事件爆发机制研究中的一个重点。关于它的起源,曾有两种不同的观点,外源模式以及内源模式。外源模式,顾名思义,是指地球外部,主张高能电子来自于地球之外,包括木星电子源和太阳风电子源两种;内源模式则认为高能电子来源于地球磁层内部的“种子电子”。作为笔者个人而言,更倾向于第二种观点。

关于高能电子的形成、加速机制已初见端倪,但目前还尚在进一步研究之中,若要说明白了,还真如“滔滔江水,连绵不绝”,在此先卖个关子,若有兴趣的读者可以参考相关的论文。

据预报中心人员分析,近期的高能电子暴事件,就是受到两个重现性冕洞高速流的相继影响导致地磁发生强烈扰动而引起的。就是在这么一个看似平静的外表下,太阳对地球发动了一次“突然袭击”。

最后,煽情地做个总结吧:无论你见与不见,太阳总在那里,她的喜怒哀乐,都将是你生活的一部分!

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