能量粒子进入磁层的数值模拟研究

论文摘要

空间高能带电粒子主要来源于辐射带粒子、太阳能量粒子、银河宇宙线。[1]它们对航天员的生命安全和在轨运行的航天器构成了严重的威胁。研究高能带电粒子进入地磁层的过程对保障航天工程安全、开展空间环境研究具有重要意义。根据磁层磁场的结构,行星际能量粒子大部分被地磁场阻挡,但仍然有少数粒子能通过极尖区进入到地球磁层,它们沿地磁力线到达极区,可以和地球上层大气的粒子相互作用形成极光;或者被地磁场俘获,成为辐射带的一部分。来自行星际的能量粒子进入磁层的过程,一直是磁层研究的热点,也是空间天气研究关注的焦点之一,而以往的工作大都集中在讨论不同行星际条件下粒子进入磁层的统计规律。本文在T89磁层模式的基础上,建立了太阳能量粒子进入磁层运动的程序,计算了几种不同能量的质子从不同方位角入射到磁层的运动轨迹。模拟结果表明,能量粒子沿着磁力线方向,才可能穿越磁层到达地球表面,越偏离这个方向,则越早被反弹。能量越高的粒子能够进入到地球磁层上空的角度范围越大,但仍然只有沿着磁力线入射的粒子才能到达地球表面。这些结果与理论预言是一致的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 太阳能量粒子（SEP,Solar Energetic Particles）
• 1.1.1 概述
• 1.1.2 太阳能量粒子对地球的影响
• 1.1.3 太阳能量粒子与空间天气
• 1.2 银河宇宙线
• 1.2.1 概述
• 1.2.2 化学组成
• 1.2.3 宇宙线的各向异性
• 1.2.4 在银河系的分布
• 1.2.5 长期变化
• 1.2.6 起源
• 1.3 辐射带
• 第二章 数值模拟方法
• 2.1 动力学方程
• 2.2 龙格库塔法
• 第三章 T89 磁层模型
• 3.1 T89磁层模型的发展
• 3.2 T89模型的缺点
• 第四章 数值模拟
• 4.1 计算轨道起始位置的设定
• 4.2 单粒子轨道模拟
• 4.2.1 计算设置
• 4.2.2 计算结果
• 4.2.3 小结
• 4.3 子午面内粒子能量和角度对粒子运动轨道的影响
• 4.3.1 计算结果
• 4.3.2 小结
• 4.4 子午面内不同能量的单粒子运动轨道比较
• 4.4.1 计算结果
• 4.4.2 小结
• 4.5 粒子初始速度方向对其注入磁层后到达地面高度的影响
• 4.5.1 计算设置
• 4.5.2 计算结果
• 4.5.3 小结
• 4.6 不同能量的粒子入射距地高度的比较
• 4.6.1 计算结果
• 4.6.2 小结
• 第五章 讨论和结论
• 引用文献
• 已录用文章
• 感谢