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在太阳的剧烈爆发事件期间,空间环境中的带电粒子能量和通量都得到显著增强,有时使卫星介质发生严重的内部充电而导致星上系统发生故障.但由于粒子与介质相互作用的过程较为复杂,以往一般采用粒子射入介质的经验公式对带电粒子在介质中的沉积进行模拟计算,而近年来蒙特卡洛方法逐渐成为能够进行更准确模拟的有效办法.本文以2004年7月底至8月初的空间天气事件为例,用基于蒙特卡罗方法的GEANT工具包模拟空间高能电子在卫星分系统的印刷电路板（PCB）中的沉积,计算由于内部充电效应造成的PCB内部电场的强度.利用该计算方法,并基于此次事件期间GOES卫星对空间高能粒子环境的监测数据,得到的计算结果表明这次事件期间的空间高能电子暴可能使星上介质发生显著的内部充电,并可能是此期间在轨航天器上发生的一些仪器运行异常的原因.本文采用的蒙特卡罗方法计算内部充电效应方法可以应用于对复杂位形和结构的星上系统的计算,结果可作为卫星抗辐射设计的参考,以有效应对灾害性的空间天气事件. 相似文献
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"嫦娥"一号、二号绕月飞行经历地球磁尾边界层区域时,分别在2007年11月26日—2008年2月5日和2010年10月3日—2011年2月28日,发现了15次月球轨道0.1~2 MeV电子急剧增加(Bursts of 0.1~2 MeV Energetic Electrons,BEE),卫星周围等离子体离子加速的现象.统计研究表明,这类现象发生在稳定太阳风和弱行星际磁场条件下,且无显著空间环境扰动事件发生时,离子的加速滞后于高能电子爆发,离子能量的变化与高能电子通量的时间演化正相关,地球磁鞘内侧或边界层过渡区域是该类现象的高发区,离子能量增加时卫星表面电位大幅下降可达负几千伏.为了研究高能电子爆发与绕月卫星表面电位变化的关系及其对月球表面电位的影响,本文用电流平衡法建立绕月卫星和月球表面充电模型,并假设能量电子(2eV~2 MeV)满足幂律谱的分布,模拟急剧增加的能量电子对卫星和月球表面电位的影响.模拟结果表明,能量电子急剧增加使得绕月卫星和月球表面电位大幅下降;能量电子总流量1011 cm-2时,绕月卫星和月球表面充电电位可达负上千伏;月球充电到大的负电位的时间仅为卫星充电时间的1/10.鉴于高能电子急剧增加事件的高发生率(~125次/年),能量电子急剧增加使得绕月卫星表面电位大幅下降的发生率应大于实测等离子体离子加速现象的发生率(~25次/年). 相似文献
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海陆电性差异较大时空间电磁扰动导致电荷累积在海陆分界面，使不同观测台之间地磁垂直分量出现从数十秒到几小时的异常增大，即海岸效应.为了探索地电场的海岸效应，本文提出了磁暴引起感应电荷的累积计算方法，基于2015年3月17日开始的大磁暴期间地电场观测数据，估算不同时间尺度的地磁脉冲引起的表层电流矢量强度和表层电荷量.结果显示，海陆边界附近台站的表层电流矢量方向指向内陆，海岸效应的影响区域比前人数值模拟给出的范围大2倍以上；说明海陆边界带是电荷聚集的主要区域，且正电荷聚集在电阻率较高的一侧.在海湾区域的南北向海陆边界，东西向的表层电流密度和表层电荷密度大于南北向；在典型脉冲加载下，海湾区域的表层电荷累积明显大于半岛区域.本文定量描述了表层电流和电荷的海岸效应以及海湾区域电荷积累的特征，为近海区域的大地电磁数据校正、GIC估计等提供依据. 相似文献
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FY-3B卫星为轨道高度约800 km,倾角98°的极轨气象卫星,星上高能电子探测器可开展宽能谱、高时间分辨的电子辐射长时间连续监测.20112015年极低太阳活动周期内,FY-3B卫星高能电子探测器对0.15～5.7 MeV不同能量高能电子在南大西洋异常区以外的辐射带区域的观测结果显示:在所有的辐射带区域,低能量的电子比高能量的电子更容易出现增强,填充槽区和进入到内带更低L区域的可能性更大.0.15～0.35 MeV的电子长期充斥于外辐射带和槽区,而1 MeV以上的电子大部分时间分布于外辐射带,在太阳风速度、地磁活动极弱的2014年呈现长时间极弱通量水平.2015年频繁增强的扰动导致电子通量水平整体升高,空间分布大范围扩散,1 MeV以上能量的电子在槽区位置也出现了分布.分析2014.5.10-7.30和2015.5.10-7.10两个典型时段内扰动参数对电子通量在不同区域动态分布的影响,结果表明:电子通量在外辐射带外边界区域动态与太阳风起伏变化关联显著.AE＜300 nT,Dst＞-30 nT,SW＜500 km·s-1的持续长时间低水平扰动条件下,电子通量分布内边界出现在不低于L～4的位置,通量峰值出现在靠近L～5的位置;而在太阳风速度和地磁活动显著活跃的时候,电子会穿越外辐射带深入到槽区,在外辐射带的通量峰值则出现在L约3.5～3.9的位置.2015年的3月和6月两起强磁暴使得电子向更低L注入,＞1 MeV以上的电子在低至L～2.8的槽区出现显著增长.在极低通量水平下,AE指数短时增加超过300 nT的亚暴活动会导致0.15～0.35 MeV电子超过1个量级的增长变化.上述结果对于准确认识辐射带电子不同时期的基本特性、发现能量电子动态潜在的基本物理过程,构建更准确的辐射带电子模型有着重要的参考意义. 相似文献
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基于AE8电子辐射带模式和各地磁场模式,本文系统分析了地磁场模式、太阳风、地磁扰动、地磁轴指向对静止轨道≥2 MeV高能电子分布的影响以及静止轨道不同经度位置≥2 MeV高能电子分布的差异,并与GOES系列卫星实测结果进行了对比分析.结果表明,AE8+IGRF+T96模式所得静止轨道≥2 MeV高能电子分布结果优于AE8+IGRF+OPQ77模式或AE8+IGRF+T89模式结果,其大部分定性结果与GOES系列卫星观测结果较为一致,AE8+IGRF+T96模式所得静止轨道≥2 MeV高能电子分布与磁壳参量Lm、局地磁场B分别呈较好的负和正相关性.基于AE8+IGRF+T96模式得到在相同太阳风及地磁扰动条件下2010年每分钟静止轨道≥2 MeV高能电子通量分布结果,经分析得到：1年内每个时刻静止轨道上≥2 MeV高能电子通量最大值和最小值比值变化范围为2.50~7.51,变化主周期为1天,每天比值变化量都超过3;1年内静止轨道各经度位置每天内≥2 MeV高能电子通量最大值和最小值比值变化范围为2.98~6.00,比值随着时间和经度位置而变化;1年内同一天静止轨道各经度位置≥2 MeV高能电子日积分通量最大值出现在170°W附近,最小值出现在70°W附近,最大值与最小值的比值分布在1.86~2.13之间.以上所得静止轨道≥2 MeV高能电子分布变化主要来自Lm变化,B/B0的影响小于5%,其中B0为磁力线上磁场最小值.因此,在构建≥2 MeV高能电子分布模式时,需要考虑地磁场结构的影响,特别是Lm参数. 相似文献
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采用GOES9卫星观测的能量大于2MeV和大于4MeV电子通量和行星际飞船ACE太阳风参数的高时间分辨率资料,以及磁暴指数Dst资料,分析了1998年4-5月期间地球同步轨道电子通量增强事件的时间和能量响应特征及其与行星际太阳风参数、磁暴和亚暴等扰动条件的对应关系.结果表明,地球同步轨道相对论性（MeV）电子通量增强事件有明显的周日变化,中午极大和午夜极小.4月22日和5月5日开始的两次大事件中,能量大于2MeV电子通量中午极大值上升到最大值的时间尺度分别约为4天和1天,中午极大值高于背景水平的持续时间分别为13天（4月22日-5月4日）和16天（5月4日-20日）以上.每次MeV电子通量增强事件的能量范围不完全相同.两次大事件的上升段都对应于磁暴的恢复相,与太阳风动压脉冲、高速流脉冲和负Bz分量关系密切. 相似文献
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基于汶川MS8.0地震前3天记录到的强空间电磁异常的观测事实, 引用岩石压电效应模型和岩石受压产生的电子-空穴理论, 尝试推算和解释汶川地震前产生的显著空间电磁异常现象的“能量源”问题. 结果显示: 在设定汶川MS8.0地震发震主断层所受最大水平主应力和断层表面积的情况下, 根据理论模型模拟计算得出, 当发震主断层在强压力作用下形成微破裂至宏观破裂发育产生主破裂前, 断层表面积累的电荷带电量为106—107 C, 产生的垂直地-气界面附加电场为107—108 V/m; 主破裂发生时, 断层表面电量可达108 C, 电场强度高达109 V/m, 断层输出电流量级达105 A. 震源区地-气界面电磁场的增强, 一方面引起地面附近大范围电磁观测参数的大幅度突变异常, 另一方面加速震源区上空的气体分子电离, 空气电离增强空气的电导率, 促使电荷快速扩散至电离层高度, 直接引起高空电离层参数的短时突变异常并经空间地震监测卫星记录到. 相似文献
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本文利用低高度太阳同步轨道系列卫星NOAA/POES从1996年到2006年的>0.3 MeV高能电子观测数据,分析了>0.3 MeV高能电子注入辐射带槽区的特征,研究了注入槽区事件与行星际条件、太阳活动和地磁扰动之间的联系.研究表明>0.3 MeV高能电子注入辐射带槽区事件与磁暴的发生密切相关,注入事件的发生与太阳活动的强度有一定的相关性.在此研究的基础上,本文通过分析辐射带槽区>0.3 MeV高能电子通量和Dst指数的相关性,提出了利用Dst指数推算辐射带槽区>0.3 MeV高能电子通量的方法,继而给出了可行的辐射带槽区高能电子辐射环境的预警模式. 相似文献
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H.-L. Lam 《Journal of Atmospheric and Solar》2004,66(18):2162
A study has been carried out to determine the relationship between high energy relativistic (>2 MeV) electron fluence and auroral zone geomagnetic activity for a solar cycle. Data for 1987–1997, spanning Solar Cycle 22, were used in the study. The relativistic electron fluence data were based on fluxes observed by the GOES geosynchronous satellites. The geomagnetic data were the DRX indices derived from a Canadian magnetic observatory located in the auroral zone at Fort Churchill, near the footprint of field lines passing through geostationary satellites. This work, based on data from a solar cycle, confirms earlier findings using limited data from segments of a solar cycle of enhancement in fluence 2–3 days after increases in geomagnetic activity, and shows the cycle dependence of fluence with respect to geomagnetic activity. This study underlines the influence of recurrent coronal holes on fluence level as well as the possible role of Pc5 magnetic pulsations as an electron acceleration mechanism, and highlights the predictability of fluence from ground geomagnetic data. A fluence prediction algorithm can now solely be based on derived expressions relating fluence and DRX. Thus, a simple fluence prediction scheme can easily be implemented to provide a 2–3 day advance warning of space weather conditions hazardous to geosynchronous satellites, since during days of high fluence, the likelihood of internal charging in a satellite is high, with possible discharges that could result in satellite operational anomalies. For verification purpose, daily values of fluence for 1997–2000 and for January 1994 were postcast using the derived expressions. The postcast values were validated, and the results give credence to the fluence prediction scheme. 相似文献
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本文处理了GEOS-2号卫星RS探测器所测得的磁层冷等离子体电子浓度资料,给出了电子浓度小时平均值的日变化,并分析了其月均值及年均值特征。发现在平均值的日变曲线中,电子浓度的极大值出现在1600LT,表明等离子体层突起的位置处于下午扇区。这一事实有利于磁层大尺度对流电场并不总是晨-昏指向这一观点。文中对电子浓度小时平均值的年均值日变曲线进行了拟合,给出了近似表达式,并计算了同步轨道上的积分电子浓度,其量级为1011cm-2。通过月均值和积分浓度的分析,发现同步轨道上的电子浓度存在季节变化。 相似文献
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Akihiro Takeuchi Hiroyuki Nagahama 《Physics of the Earth and Planetary Interiors》2002,130(3-4):285-291
Fracturing and frictional sliding of quartz and granite under dry condition generates fractoluminescence, charged particle emission and electromagnetic radiation. Various kinds of experiments indicate that surface charge density on fracture or frictional slip surface of quartz and granite is 10−4 to 10−2 C/m2 which is larger than bound charges induced by the disappearance of piezoelectricity due to the release of stress. Hole and electron trapping centers, which is found in semiconductor devices with the Si–SiO2 system, are causes of surface charging on fracture or frictional slip surface of quartz crystal. The quantity of the surface charge is enough to cause corona discharge that can generate earthquake lights. The mechanism considering the hole and electron trapping centers has a probability to explain why non-piezoelectric minerals or rocks generate electromagnetic phenomena. It can be one of origins of seismo-electromagnetic phenomena (SEP). 相似文献
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风云二号D星(FY2D)搭载的空间粒子探测器可以观测10～300 MeV的质子和≥350 keV与≥2 MeV的电子.卫星在轨测试阶段,空间粒子探测器观测到了空间环境宁静期间地球同步轨道的电子昼夜周期变化的典型特征,并在卫星发射后的12月15日首次观测到了有代表性的 2级太阳质子事件(SEP),观测到的较高能量质子比较低能量质子更快地恢复到平静时的状态.通过比较FY2D卫星与GOES卫星的探测结果,既显示了同步轨道区域不同位置高能电子通量扰动时间的一致性,也显示了高能电子通量具强烈的晨昏不对称性.通过对太阳质子事件和地磁平静时期该轨道空间高能粒子环境特征的分析和研究,并与GOES卫星同期的观测结果进行相关性分析,结果表明仪器确实具备了监测空间环境扰动和预警能力,探测结果可以用于研究地球同步轨道粒子空间分布、起源和传输等科学目的. 相似文献
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利用1988—2010年小时平均的GOES卫星数据,对地球同步轨道(GEO)相对论电子变化进行了统计分析,研究了相对论电子通量(Fe)增强事件的发展过程,探讨了利于相对论电子通量增强的太阳风和地磁活动条件.主要结论如下:(1)GEO相对论电子通量即使是峰值,也具有明显的地方时特性,最大电子通量出现在磁正午时.午/夜电子通量比率随着太阳风速度(Vsw)增加而增大;在Dst-50nT时相对论电子具有规则的地方时变化.在太阳活动下降相,电子通量与各参数的相关性较好,与其相关性最好的Vsw、Kp指数以及三次根号下的太阳风密度(N)分别出现在电子通量前39~57h、57~80h和12~24h.(2)强(日平均电子通量峰值Femax≥104 pfu)相对论电子事件,在距离太阳活动谷年前两年左右和春秋分期间发生率最高,较弱(104Femax≥103 pfu)事件无此特点;大部分强相对论电子事件中,电子通量在磁暴主相开始增加,较弱事件中则在恢复相开始回升.(3)太阳风密度变化对相对论电子事件的发展具有重要指示作用.电子通量在太阳风密度极大值后0~1天达到极小值,太阳风密度极小值后0~2天达到极大值.(4)90%以上相对论电子事件是在磁暴及高速太阳风的条件下发生的,与其伴随的行星际参数和地磁活动指数极值满足以下条件:Vswmax516km/s,Dstmin-31nT,Nmin2.8cm-3,Nmax14.1cm-3,Bzmin-2.9nT,AEmax698nT.(5)磁暴过程中,Dstmin后日平均电子通量大于103 pfu的发生概率为53%左右,强/弱相对论电子事件占总数比例分别为36%/64%左右,磁暴强度对其无影响.磁暴过程中的Vsw、N和AE指数大小对于能否引起相对论电子增强起着指示作用. 相似文献
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中下地壳和俯冲带区域的高电导率异常（0.01~1 S·m-1）可能与地球内部的特定物质及其变化有关.斜长角闪岩是中下地壳以及俯冲带区域的重要组成之一,高温高压下斜长角闪岩的电导率研究对认识电导率异常具有重要意义.本研究采用交流阻抗谱法,在0.5,1.0,1.5 GPa和473~1073 K条件下测量了天然斜长角闪岩样品的复阻抗,实验结果表明压力对斜长角闪岩的电导率影响非常小,而温度对于电导率影响非常显著,其电导率在1073 K可以达到10-0.5 S·m-1;实验获得的活化能值为52.21 kJ·mol-1,推断其导电机制可能为小极化子传导（Fe2+的氧化）主导.结合本实验获得的结果与大陆岩石圈和俯冲带的温度结构,我们计算得到相应的电性结构剖面,并与三种不同构造背景下的大陆岩石圈（克拉通、大陆裂谷和活动造山带）和俯冲带区域的电磁剖面结构进行了对比研究,结果发现斜长角闪岩可以解释大陆裂谷和活动造山带构造背景下的莫霍面附近的高电导率异常现象,同时可能是导致较热的俯冲带区域（例如卡斯卡迪地区）高电导率异常现象的原因. 相似文献
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由于GRACE Follow-On双星系统等效于基线长为星间距离的一维水平重力梯度仪,因此本文基于GRACE Follow-On卫星重力梯度法开展了精确和快速反演下一代地球重力场的可行性论证研究. 研究结果表明：第一,基于GRACE Follow-On卫星重力梯度法（GFO-SGGM）,利用卫星轨道参数（轨道高度250 km、星间距离50 km、轨道倾角89°、轨道离心率0.001）、关键载荷测量精度（星间距离10-6 m、星间速度10-7 m·s-1、星间加速度10-10 m·s-2、轨道位置10-3 m、轨道速度10-6 m·s-1、非保守力10-11 m·s-2）、观测时间30天和采样间隔10 s反演了120阶地球重力场,在120阶处累计大地水准面精度为9.331×10-4 m. 第二,在120阶内,利用将来GRACE Follow-On双星反演地球重力场精度较现有GRACE双星平均提高61倍,因此GRACE Follow-On卫星重力梯度法是进一步提高地球重力场反演精度的优选方法. 第三,下一代GRACE Follow-On计划较当前GRACE计划的优点如下：轨道高度更低（200~300 km）、载荷精度更高（10-7 ~10-9 m·s-1）和星间距离更短（50~100 km）. 相似文献