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多卫星探测等离子体层嘶声的形成机制

       等离子体层是地球电离层在磁层空间的自然延伸,主要由~1eV能量的冷粒子组成。等离子体层整体呈轮胎状环绕地球,在赤道区可延伸至地球同步轨道附近。等离子层是内磁层中密度最高的空间区域,其余的低密度区称为等离子体槽区。在等离子体层中,卫星经常观测到数十赫兹至数千赫兹的哨声模等离子体波动。因为这种波动在时间频率谱中无清晰结构,类似于音频中的嘶嘶噪音,所以被命名为等离子层嘶声。自发现以来,等离子体层嘶声就被认为是控制地球电子辐射带结构和演化的主要波动。因此,理解等离子体层嘶声的形成机制成为磁层物理和空间天气领域的热点课题。

       目前,等离子层嘶声的可能形成机制主要有以下两种:(1)内源机制,热电子侵入外等离子体层激发嘶声,进而通过径向和方位角方向传播充满整个等离子体层空间;(2)外源机制,热电子在等离子体槽区激发合声(一种具有扫频结构的哨声模等离子体波动),进而传播折射进入等离子体层内部,杂乱化为嘶声。由于等离子体层嘶声具有多个潜在源头并且经历复杂的传播过程,单颗卫星计划很难有效地确定等离子体层嘶声的准确形成机制。近日,日地物理研究团队苏振鹏教授等利用RBSPGOESTHEMIS项目中7颗卫星,详细分析了亚暴注入期间内磁层等离子体和哨声模波的演化过程,为等离子层嘶声的内源机制提供了直接观测证据。

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       相关论文以“Multipoint observations of nightside plasmaspheric hiss generated by substorm-injected electrons”为题发表于地球物理类顶级期刊《Geophysical Research Letters》。该研究成果对于理解和预报等离子体层时空分布以及相应辐射带动态演化具有重要意义。

相关链接https://doi.org/10.1029/2018GL079927




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