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倪彬彬教授团队在人类活动影响地球空间环境方面取得研究进展
发布时间:2020-09-30 09:00  作者:  来源:电子信息学院  

新闻网讯(通讯员付松、花漫9月24日,Nature  Communications(《自然·通讯》)在线发表了电子信息学院倪彬彬教授团队在人类活动影响地球空间环境方面取得的重要研究进展。

论文题目为“Very-Low-Frequency transmitters bifurcate energetic electron belt in near-earth space”(《甚低频发射台站信号导致近地空间能量电子辐射带的分叉》)。武汉大学博士生花漫为文章的第一作者,倪彬彬教授与美国波士顿大学李雯教授是文章的共同通讯作者,团队成员顾旭东副教授、付松副研究员和项正博士后为共同合作作者。

人工甚低频波的地面发射台站广泛分布于全球,信号频率位于10-30 千赫兹,主要用于长距离对潜通讯。虽然这些信号大多数能量在地面与低电离层波导内传播,但仍有部分能量会泄露而进入地球磁层,最远可以传播到离地面大约两个地球半径的位置,进入地球辐射带区域。地球辐射带是距离地球表面约一千公里至四万公里的高能带电粒子聚集区,它能对人造卫星、空间载荷和宇航员等产生潜在的重大威胁。虽然早在上世纪七十年代就有研究提出人工甚低频信号可能影响地球辐射带的猜测,但是一直缺乏直接的观测事实和关键的理论证据。

人工甚低频地面台站信号导致能量电子辐射带分叉的物理过程示意图

普遍认为,地球辐射带具有内、外双带结构,其中更靠近地球表面的内辐射带能量电子分布通常呈现一个径向通量峰值。利用Van Allen Probes(范阿伦卫星)高精度粒子观测数据,该研究发现内辐射带存在一种明显不同的电子通量径向分布,即能量约为20-100千电子伏特的电子通量在距地球约1-1.5个地球半径的空间区域存在极小值,形成内辐射带分叉现象。利用范阿伦卫星对空间波动的共时观测信息,通过合理的波动时空分布建模与波动散射效应模拟,该研究进一步揭示了卫星就位观测到的人工甚低频台站信号能够散射沉降内辐射带电子,很好地解释了近地空间能量电子分布的分叉现象,首次提供了人工甚低频信号影响近地空间环境的关键定量证据。

Van Allen Probes卫星观测到近地空间能量电子辐射带的径向分叉现象

该研究工作推动了对空间波粒相互作用和辐射带动力学过程的深入、全面认识,也为主动影响地球辐射带环境提供了一个重要参考手段,具备潜在应用价值。 

研究获得了国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项、民用航天预研项目、湖北省自然科学基金与武汉大学人才引进项目的支持。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-18545-y

(编辑:肖珊)

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