破解“殺手電子”產(chǎn)生機制
2007年，宗秋剛研究小組直接觀測到了極低頻波動和電子的共振現(xiàn)象，以《太空殺手電子形成》為題入選美國《發(fā)現(xiàn)》雜志2007年度全球百大科學(xué)技術(shù)與趨勢新聞，排名37位。
“當(dāng)時仍有很多人將信將疑，因為在我們的工作中，沒看到波對電子的直接加速，也沒看到低頻波動的直接驅(qū)動源。”宗秋剛表示。在研究過程中，宗秋剛小組遇到了不少阻力，因為國際上很多人認(rèn)為“殺手電子”是被甚低頻波(VLF)加速的，甚至可以說這是當(dāng)時的主流觀點。
宗秋剛介紹，在“殺手電子”研究過程中用到了多達(dá)12顆衛(wèi)星的觀察數(shù)據(jù)，光是收集這些數(shù)據(jù)，就要有相當(dāng)?shù)暮阈暮蜎Q心。其中星座Cluster衛(wèi)星每兩天左右一個軌道，每一軌道位于內(nèi)磁層中的時間非常少，又要求在激波到來的時候衛(wèi)星恰好位于內(nèi)磁層的向陽面一側(cè)，并且星座Cluster衛(wèi)星上天后已處于太陽活動的下降期，激波數(shù)目越來越少。
“最開始我們對能否找到合適的事例沒有信心，很可能我們做了大量的工作以后還是一無所獲。”宗秋剛表示。抱著試試看的想法，宗秋剛小組分析了自星座Cluster衛(wèi)星發(fā)射以來8年間、1500多個軌道的數(shù)據(jù)。
“幸運的是，我們最終找到了兩個符合條件的觀測事件，就是在我們的文章中所呈現(xiàn)的兩個事例?！弊谇飫傁惭浴．?dāng)太陽爆發(fā)產(chǎn)生的大尺度激波撞擊地球時，地球磁場會產(chǎn)生大幅度的脈動。宗秋剛團(tuán)隊首先發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象，這些大幅度的脈動導(dǎo)致地球的磁力線振蕩，使得地球的磁力線就像一根琴弦那樣振蕩，產(chǎn)生超低頻波。而這些超低頻波是駐波，將沿著磁力線運動的電子加速到非常高的速度。這樣使得太陽風(fēng)的能量能夠傳遞給磁層內(nèi)的“殺手電子”?！拔覀儓F(tuán)隊的研究工作第一次直接從觀測上和理論上展示了這個‘殺手電子’加速的完整過程?！弊谇飫傉f。
據(jù)宗秋剛介紹，他們發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生“殺手電子”的過程主要有兩個階段。第一階段的加速是由太陽發(fā)出的強行星際激波引起的磁場壓縮的結(jié)果，這一階段會產(chǎn)生大量的高速電子作為“種子電子”；第二階段是在行星際激波沖擊地球的瞬間，地球磁場磁力線開始在超低頻波段(ULF)顫動，然后，產(chǎn)生的ULF波就可以有效地將第一階段產(chǎn)生的“種子電子”加速為“殺手電子”。“我們還發(fā)現(xiàn)‘殺手電子暴’可以在短短的15分鐘內(nèi)形成?！弊谇飫傃a充說。
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