Cluster卫星星座示意图

 

北京大学地球与空间科学学院的长江学者宗秋刚教授、博士生周旭之、王永福等人组成的研究小组最近在《地球物理学研究期刊·空间物理学》(Journal of Geophysical Research- Space Physics)杂志上发表文章，揭示了地球磁层空间中“杀手电子”的产生机制，该成果被欧洲空间局在2010年3月11日作为头条科学新闻公布，并在面向大众的欧洲空间局网站和面向科学界的网站同时报道。

 

如果将大量的电子放在地球同步轨道上，然后用来自太阳风暴的激波冲击这些电子，会产生什么结果呢？“杀手电子”。这是北京大学长江学者宗秋刚教授小组基于欧空局（ESA）的Cluster计划的最新发现。“杀手电子”是束缚在地球外辐射带——离地球表面12000公里到64000公里的区域——的高能粒子。在太阳风暴发生的时候，“杀手电子”将增加几十倍，而且会向其他区域移动，进而对卫星产生极大威胁。正如其名字所示，“杀手电子”的高能量足以击穿卫星的屏蔽层，导致微观放电。如果放电发生在卫星的关键部件，卫星就会被损坏甚至彻底失效。“杀手电子”机制一直以来都是空间天气研究人员的研究重点。一般认为有两种可能机制，一种需要3千赫兹—3万赫兹的甚低频波（VLF波），另一种机制需要频率范围在0.001赫兹—1赫兹的超低频波（ULF波）。到底是哪种机制在起作用呢？北京大学的长江学者宗秋刚教授小组发现产生“杀手电子”的过程主要有两步。其中第一阶段的加速是由太阳发出的强行星际激波引起的磁场压缩的结果。在行星际激波冲击地球的瞬间，地球磁场磁力线开始在超低频波段（ULF）颤动。然后，产生的ULF波就可以有效将第一阶段产生的种子电子加速为“杀手电子”。

 

来自英国卢瑟福实验室的Malcolm Dunlop教授，也是这项研究的合作者之一，他补充说：“由Cluster的四颗卫星得到的数据，我们可以证实ULF波能够将电子加速为‘杀手电子’”。北京大学的长江学者宗秋刚教授小组还发现“杀手电子暴”可以在短短15分钟内形成。欧空局的Cluster项目首席科学家Philippe Escoubet 指出：“这些新的发现有助于我们进一步发展卫星和宇航员工作的辐射带环境的预报模型。如今太阳活动逐步进入到极大年，未来几年中越来越多的激波将冲击到地球磁层。”

 

 

 

 

 

 

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