中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院汪毓明教授領(lǐng)導(dǎo)的日地物理研究組與其合作者，利用美國(guó)國(guó)家航空航天局的范艾倫探測(cè)器高分辨率數(shù)據(jù)，首次證實(shí)了全球范圍內(nèi)超低頻波對(duì)輻射帶高能電子的徑向擴(kuò)散加速過(guò)程。國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《自然?通訊》近日在線(xiàn)發(fā)表了這一研究成果。

    范艾倫輻射帶是指近地空間中環(huán)繞地球的兩層巨型“輪胎狀”的高能粒子輻射層。外輻射帶包含大量速度接近光速、能量高達(dá)幾個(gè)兆電子伏特的電子，分布在距離地心3?8個(gè)地球半徑的廣闊空間區(qū)域。這些極端高能的電子經(jīng)常受到太陽(yáng)活動(dòng)的影響而發(fā)生劇烈變化，對(duì)在軌航空航天系統(tǒng)，如軍事、導(dǎo)航、通訊和氣象衛(wèi)星等造成嚴(yán)重威脅。

    輻射帶高能電子可能的形成機(jī)制主要有兩種：一是超低頻（毫赫茲）波驅(qū)動(dòng)低能電子朝向地球擴(kuò)散并將其加速到高能段；二是甚低頻（千赫茲）合聲波直接加速當(dāng)?shù)仉娮佣桓淖兤渑c地球的相對(duì)距離。以往的研究普遍強(qiáng)調(diào)了甚低頻合聲波對(duì)于輻射帶電子的加速作用，而無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)估超低頻波可能的加速效應(yīng)。

    該研究組與長(zhǎng)沙理工大學(xué)、北京大學(xué)以及美國(guó)多所研究機(jī)構(gòu)合作，利用范艾倫探測(cè)器提供的高分辨率數(shù)據(jù)，研究了非磁暴時(shí)段輻射帶電子演化過(guò)程。數(shù)據(jù)顯示，在不存在甚低頻合聲波的條件下，超低頻波能夠近似周期性地調(diào)節(jié)高能電子強(qiáng)度，在10個(gè)小時(shí)內(nèi)，驅(qū)動(dòng)外輻射帶內(nèi)邊界朝向地球移動(dòng)0.3?0.8個(gè)地球半徑，使得相關(guān)區(qū)域高能電子強(qiáng)度提升1個(gè)數(shù)量級(jí)。

    這一成果對(duì)于理解輻射帶動(dòng)力學(xué)行為、預(yù)報(bào)近地空間天氣環(huán)境和保障航空航天安全，具有重要意義。