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亚暴质子注入引起的磁声波异常消失

磁声波是存在于磁赤道附近区域的一种高度倾斜的哨声波,典型频率在局地质子回旋频率和下混杂频率之间。理论和观测都表明磁声波可以有效地加速辐射带电子,散射高投掷角的高能电子进而形成电子蝶形分布,因此准确地认识磁声波的时空分布非常重要。磁声波主要是由质子环分布相关的伯恩斯坦模不稳定性产生,因此亚暴质子注入,增强质子环分布,被认为有利于磁声波的激发。近期日地空间物理研究团队的苏振鹏教授等人利用Van Allen Probes的数据首次观测到了磁声波在亚暴质子注入后的异常消失事件。如下图所示,Probe A进入亚暴质子注入区后,质子环分布增强,磁声波反而消失。接近1个小时后,质子环分布没有明显变化,磁声波重现。详细的分析和计算表明,增强的质子热压扭曲了背景磁场结构和冷等离子体密度分布,使得磁声波相速度下降,本地质子增长率下降,电子衰减率上升。不规则的折射率空间分布又降低了可能的磁声波累积增强过程。最终的结果是在质子注入区内形成了一个磁声波消失区域。

相关论文以“Quenching of Equatorial Magnetosonic Waves by Substorm Proton Injections”为题发表于地球物理类顶级期刊Geophysical Research Letters。该研究揭示了磁声波在亚暴过程中的异常演化模式,对理解和研究磁声波复杂的时空分布具有重要意义。

 相关链接:https://doi.org/10.1029/2019GL082944

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1 原理图:磁层顶(黑线),亚暴质子注入区域(黄色),磁声波消失区域(灰色),Van Allen Probes 轨迹(蓝色代表Probe A,红色代表Probe B



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