空间高能电子探测中的几何因子讨论

高能电子探测是空间环境探测的重要组成部分. 由于高能电子穿透本领很强, 常常采用厚探测器组成的粒子望远镜作为传感部件. 由于不同能量电子将穿透不同深度, 所以几何因子随入射电子能量变化. 结合AE8模型, 以中巴资源一号卫星01和02星的粒子监测器为例, 讨论电子探头的几何因子问题. 根据计算, 低能档(0.5~1.0 MeV)与高能档(≥2.0 MeV)几何因子不同, 分别为2.468和1.736 cm²·sr. 这与传统估算的几何因子为1.18 cm²·sr有较大出入. 伴随几何因子计算, 讨论了探头的方向响应函数, 可用来协助探头设计及方向测量分析.     

基于OpenMP的磁壳参数L值并行计算研究

辐射带研究中(L,B)坐标系把三维问题降为二维问题,大大提升了辐射带三维空间有限观测数据的利用率.L值是其中重要的参量之一,在粒子特性分析、航天器轨道辐射环境描述以及辐射带建模等研究领域应用十分广泛.L值由磁力线追踪积分计算而得,但地球磁场位型的复杂性导致磁力线追踪步长严格受限,造成单次追踪计算步数多.此外,不同空间位...     

磁暴期间外辐射带的1.5～6.0MeV电子通量变化

由于CME与CIR的太阳风/行星际磁场结构有所差别,所以在这两种太阳风/行星际结构触发的地球磁暴期间,太阳风等离子体与能量通过磁重联向地球内磁层的注入过程也不相同.因此对于CME引发的磁暴与CIR引发的磁暴,辐射带高能电子通量的变化有显著差异.通过SAMPAX卫星观测的数据,本文分别对54个CME触发的磁暴与26个CIR触发的重现性磁暴期间1.5～6.0MeV电子外辐射带的动态变化进行了研究.结果表明,在主相期间,对于CME磁暴,电子通量在6≤L≤7的区域出现了显著增强.在Dst指数（中值）达到最小值（-201nT）时,外边界的位置移动到L=4附近.对于CIR磁暴,主相期间,没有在6≤L≤7区域观察到通量的显著增强.而当Dst指数（中值）达最小值（-58nT）时,外边界的位置移动到L=5.5附近.在磁暴恢复相期间,对于CME磁暴,外辐射带的位置整体低于磁暴前,在6≤L≤7的区域也出现了电子通量的增强;对于CIR磁暴,外辐射带外边界的位置相比磁暴前有不明显的增高,并且在上述区域没有观察到通量的明显增强.我们发现在绝大多数情况下,1.5～6.0MeV电子的外辐射带电子通量对数衰减1/e截止廓线可以表示出外辐射带外边界的位置.在CME磁暴主相期间,对数衰减1/e截止纬度与Kp指数具有相关性（相关系数为-0.56）.对于CIR磁暴,对数衰减1/e截止纬度与Kp指数也有较好的相关性（相关系数为-0.58）.此外,CME磁暴主相期间,1.5～6.0MeV电子通量最大值的位置（L值）受到磁暴期间Dst指数最小值的控制;整体而言,对于上述两种磁暴,电子通量最大值的位置都随磁暴的增强而降低.多重磁暴是造成外辐射带相对论电子通量变化异常的重要原因之一.     

我国地球空间探测的一个新台阶--"地球空间双星探测计划"

地球空间双星探测计划包括的两颗小卫星,分别运行于目前国际上地球空间探测卫星的尚未覆盖的近地赤道区和近地极区。双星计划的主要科学目标是：用高分辨率的仪器在近地空间的主要活动区（包括近地等离子体片及其边界层区、辐射带区、环电流区和极光加速区）探测场和粒子的时空变化;研究磁层亚暴、磁暴和磁层粒子暴的触发机制及磁层空间暴对太阳活动和行星际扰动的响应过程;建立地球空间环境的动态模式。为了实现科学目标,赤道卫     

日冕物质抛射和冕流结构相互作用的数值研究

采用具有同心圆形闭磁场结构的二维模型作为日冕物质抛射(CME)的触发模型,并使这种触发模型分别在偏离冕流结构对称中心10°和45°的位置浮出,数值模拟这时产生CME事件的特征.模拟结果可以定性解释SOHO飞船观测到的部分CME事件特征, 模拟结果表明: (1) 在两种情况下, 二维触发模型的浮出都可以触发CME事件, 和CME事件相关的磁场结构闭合并呈现非对称性. (2) CME事件的闭磁场结构在向外传播的过程中, 将不断向电流片偏转, 这种偏转效应主要发生在几十个太阳半径的范围内, 最终CME事件沿着电流片传播. (3) 不同位置处浮出触发模型触发的CME事件, 将有不同的磁场位形, 在10°位置浮出触发模型所触发CME事件的磁场结构近似呈圆形, 而在45°浮出触发模型所触发CME事件的内部磁场结构近似呈月牙形.     

一种孔隙率可控薄膜材料快速生长成形方法及过程模拟

提出采用等离子喷涂技术, 通过改变喷涂参数来生成具有孔隙以及孔隙率可控薄膜的方法. 首先建立了熔融粒子的扁平化模型和扁平粒子堆积模型, 在模型中考虑用涂层内的小缝孔隙和台阶孔隙来模拟喷涂角度对孔隙率的影响. 对孔隙生成的机理以及喷涂角度对孔隙率的影响的模拟和实验研究结果表明: 所提出的方法可以生成孔隙率可控的薄膜, 薄膜层的孔隙率随着喷涂角度的减小而增加. 生成涂层的孔隙率可以达到49%. 当喷涂角度小于30°时, 大量粒子累积的遮蔽效应导致涂层内形成遮蔽孔隙, 使涂层的孔隙率迅速增加; 粉末粒度和粒子速度等参数对孔隙率也有影响. 通过连续改变喷涂角度的方法还可以获得孔隙呈梯度分布的薄膜材料.     

“嫦娥”1号对月球表面微波辐射观测分析及其月壤厚度反演

我国"嫦娥"1号绕月卫星在世界上首次搭载了多通道微波辐射计,测量整个月球表面的微波热辐射,由此用以反演月球表面月壤厚度分布.文中以"嫦娥"1号微波辐射计2007年11月至2008年2月对月表的621轨观测数据为基础,由太阳入射角选取与归组对应的月表辐射亮度温度,按近邻插值方法得到整个月球表面昼夜辐射亮度温度分布.由月尘、月壤、月岩三层微波热辐射模型分析月球表面辐射亮度温度随纬度、频率以及FeO+TiO₂含量的分布特征.首先以Apollo着陆点月壤层参数的实测值为基础,对Apollo着陆点辐射亮度温度的实测值与理论值进行了比较和定标分析。以Apollo着陆点高频通道对物理温度的反演为基础,结合月表面物理温度随纬度变化的经验性结果,由穿透深度较大的3 GHz通道的辐射亮度温度反演出整个月球表面的月壤厚度分布,并与Apollo着陆点月壤厚度的实测值做了比较与验证。     

利用工程散射片测量太阳光谱观测设备的平场

针对大口径小视场的太阳光谱观测设备,提出一套基于工程散射片的平场测量装置和方法.根据太阳观测的视场角以及太阳光谱观测设备的参数,确定了采用散射角为1°、强度分布为平顶的工程散射片.模拟了日面中心宁静区189″×189″观测视场内太阳光经过工程散射片后,在焦面处获得散射光场的均匀性,结果表明其均匀度为99.24%,接近理想的均匀面光源.利用国家天文台怀柔太阳观测基地的太阳光谱观测系统开展了平场测量,将工程散射片置于焦面附近,可有效缩小工程散射片的口径,同时利用小角度转动光栅有限位置的方法测量了该光谱观测设备的平场,包括狭缝和光谱方向的不均匀性.实测结果表明,平场改正后狭缝方向的大尺度强度变化和日震磁像仪(HMI)相同视场的强度接近,光谱方向高频的探测器脏点得到有效校正,通过交叉定标和自定标验证了平场测量的有效性.     

超导纳米线单光子探测技术进展

超导纳米线单光子探测技术自2001年出现以来,已经成为超导电子学领域的一个热点研究方向.作为一种新型的单光子探测技术,其具有探测效率高、暗计数低、时间抖动小、计数率高、响应频谱宽、电路简单等优势,综合性能在近红外波段已经明显超越传统的半导体探测技术,成为一种主流的单光子探测技术.本文从应用基础角度出发,对超导纳米线单光子探测器件的材料、器件工艺、性能、系统集成以及前沿应用等进行介绍,并对国际上该领域研究未来的发展趋势进行探讨.     

WIND卫星1995到1999年间在行星际空间观测的超热粒子事件及其分类

根据WIND卫星在1995～1999年间的行星际观测资料,检索了55个行星际超热粒子事件.在对这些事件观测特征进行系统分析的基础上进一步提出了行星际超热粒子事件的双参量（上升时间和电子-离子流量比）分类方法.选取适当的阀值,这些事件可划分为三类：1）脉冲型超热电子事件（上升时间小于200min,电子质子比流量大于1）;2）脉冲型超热质子事件（上升时间小于200min,电子质子比流量小于1）;3）缓变型超热质子事件（上升时间大于200min,电子质子比流量小于1）.第一类事件全部都具有速度弥散并伴随太阳Ⅲ型暴,应该都是太阳起源的;第二类事件总的持续时间都很短,而且都远离行星际激波,多数也不与共转相互作用区对应,这类事件不伴随Ⅲ型暴,没有速度弥散,可能仅仅是当地行星际磁重联,或电磁场扰动的结果;第三类事件约2/3尾随着行星际激波,激波的延迟时间约等于它们的上升时间,用激波加速可以解释部分现象.     

TIMED卫星测量得到的OH和O_2（1.27μm）夜气辉全球分布特征

为了研究OH和O2夜间气辉辐射随时间变化的全球分布特征,我们利用TIMED卫星在2002~2009年间的OH和O2气辉辐射率数据对两种夜气辉的高度变化、地方时变化和季节变化等特征进行了统计分析.结果表明,OH夜气辉比白天气辉强,O2夜气辉比白天气辉弱.赤道附近的OH夜气辉辐射强度在午夜附近达到最强,中高纬度地区的OH夜气辉辐射强度在日落之后和日出之前较强.在分点时,赤道附近的O2夜气辉辐射强度随着地方时减弱,在至点时它的地方时-纬度分布有一个低值区.对于夜气辉辐射率的高度-纬度分布,OH的分布在分点时有一个峰,位于赤道上空85 km附近,并且3月分点的峰比9月分点的强;O2的分布在分点时有三个峰,分别位于秋分半球30°附近、赤道附近和春分半球30°附近,位于赤道附近的峰高最低;两种夜气辉在至点的分布均有三个峰.两种夜气辉的辐射强度在赤道附近有明显的年变化特征和半年变化特征,半年变化的峰值和谷值分别出现在分点和至点,并且3月分点的峰值比9月分点的大,两种气辉的分布均存在南北半球不对称特征.     

中内磁层低能电子通量分布模式

本文根据磁层粒子动力学的基本原理,假定中内磁层的带电粒子为绝热运动,并通过波-粒相互作用,投掷角为各向同性分布,在随时间变化的电磁场中跟踪粒子弹跳平均的对流运动,包括电场漂移、磁场梯度和曲率漂移,同时考虑电子沉降造成的损失,建立了中内磁层低能电子通量分布模式.利用该模式,本文模拟了磁暴期间中内磁层低能电子通量的变化过程,并与卫星观测数据进行了比较.结果表明,模式计算结果与卫星观测数据的变化趋势吻合,对数通量相对于卫星观测结果的均方根（rsm）误差在0.5～1.0.     

星冕物质抛射的探测与建模

日冕物质抛射(coronal mass ejection, CME)是从太阳上抛出的大团等离子体云.在其他恒星上,类似的现象被称为星冕物质抛射(简称恒星CME).基于对日冕物质抛射的理解,人们相信,星冕物质抛射可能是恒星-系外行星系统中空间天气最主要的驱动源,因而是恒星影响其行星的一个关键途径,在太阳系外的宜居世界形成过程中占有重要地位.此外,在恒星演化的部分时期,频繁发生的CME还可能对恒星的质量和角动量损失有重要贡献.尽管从不同波段的观测数据中,人们认证出了少数的恒星CME候选体,但迄今尚无学界公认的、确切的恒星CME观测证据.本文总结了在不同波段探测恒星CME的可能方法,介绍了目前已经开展的关于恒星CME探测的有益尝试,以及恒星CME及其与系外行星相互作用的建模进展.在对现有研究不足之处进行分析的基础上,本文还探讨了未来恒星CME探测和建模研究的方向.     

卫星低频电磁辐射在轨探测研究

利用地球空间探测双星计划探测一号卫星上的磁场波动分析仪的原始数据, 分析了探测一号卫星在轨电磁辐射的特性. 结果显示卫星的电磁辐射主要集中在30 Hz以下. 在30 Hz以上, 卫星的电磁辐射最多延伸到 190 Hz左右, 而且强度明显减弱. 在 190 Hz以下的卫星电磁辐射具有与卫星姿态相关的长周期变化. 在 190~830 Hz的范围的电磁辐射有不明显的长周期变化特征. 830~3990 Hz范围的电磁辐射没有长周期变化特征. 卫星电磁辐射的长周期变化是由卫星姿态变化造成的. 卫星姿态变化引起卫星太阳方位角变化. 卫星太阳方位角越大, 卫星电磁辐射越大. 卫星太阳方位角从90.6增加到93.6, 低于10 Hz以下的电磁辐射约增大为原来的9倍, 10~190 Hz范围的电磁辐射大约增加到原来的1.6倍. 卫星在＜10和10~190 Hz范围内的电磁辐射强度与卫星太阳方位角的相关系数分别达到0.90和0.91. 卫星在光照情况下的电磁辐射要比卫星在阴影情况下大. 卫星太阳能帆板电流产生的电磁辐射是卫星电磁辐射主要来源, 约占整个卫星电磁辐射的87％(低频段<150 Hz)和94％(高频段>150 Hz). 这些中国首次对卫星电磁辐射的在轨探测结果对于我国未来相关科学和应用卫星的设计方案的优化具有重要的参考价值.     

火星壳磁场对电离层影响的综述

火星壳磁场对电离层的影响是火星电离层研究的热点之一.本文总结了国际上针对火星壳磁场对电离层影响的研究.早期的火星电离层数据主要来自无线电掩星观测.根据无线电掩星观测结果,火星壳磁场主要影响电离层的电子密度标高和峰值电子密度.强水平磁场可以有效阻止等离子体的垂直扩散,导致顶部电离层电子密度的标高与光化平衡区域相近;而在类似极尖区的强垂直磁场区域,由于等离子体的垂直扩散增强,会导致扩散平衡区域电子密度标高的增加.MGS的无线电掩星观测发现在火星壳磁场比较强的南半球区域电离层主峰值电子密度平均略高于在北半球弱磁场区域的观测结果.MEX首次利用顶部探测雷达对火星电离层进行观测,其观测结果证实电离层主峰值电子密度的异常增加只发生在火星壳磁场中类似极尖区的开放磁场区域,而且峰值电子密度增加的幅度远大于无线电掩星观测的结果.造成在火星壳磁场类似极尖区的开放磁场区域出现电离层主峰值电子密度异常增加的可能机制有两种：一种与能量粒子的注入有关;而另一种与等离子体不稳定性的激发和波动加热有关.目前还无法确定是哪种机制起主要作用.在此基础上,本文提出了火星电离层和等离子体环境需要深入研究的几个问题.     

基于VLBI站接收的火星探测器信号研究行星际闪烁

利用VLBI单站对欧洲火星快车探测器(MEX)的太阳掩星过程进行观测,记录了太阳偏距(太阳中心到信号传播路径的垂直距离)在11 R⊙~160 R⊙范围内的MEX发射的X波段主载波信号,并通过VLBI宽带记录终端,提取了太阳风湍动导致的相位闪烁信息及相位闪烁功率谱,通过谱分析,测量了太阳风空间折射谱指数、折射结构常数与相位闪烁指数,探讨了利用相位闪烁指数反演沿视线方向的总电子含量(TEC)的可行性,分析表明,近太阳区域的相位闪烁显著强于远太阳区域;在3 mHz~0.3 Hz范围内,相位闪烁功率谱呈幂律分布,太阳风空间折射谱指数为-3.3±0.25,与Kolmogorov理论一致,且谱指数与太阳偏距无相关;表明在11 R⊙~160R⊙范围内,Kolmogorov理论可用于解释太阳风湍动及结构,太阳风折射结构常数与R近似满足~R~(-1.98±0.27)的关系,表明近太阳区域湍动强于远太阳区,利用相位闪烁指数获得的TEC与太阳活跃与平静期间模型计算值的变化趋势一致,试验表明,基于VLBI测站的多普勒测量及行星际闪烁研究可用于我国未来火星探测器的太阳掩星观测.     

火星磁层中尾向磁场对O+离子分布的影响

在与地球对比的基础上,采用LB磁场模型,根据由动力学方程求解得到的分布函数,研究了火星磁层中不同尾向磁场条件下来自电离层的O⁺离子沿磁力线的分布。结果发现火星磁尾区O⁺离子通量密度受火星与太阳风相互作用而产生的感应型尾向磁场的影响：（i） 火星磁尾O+离子通量密度随尾向磁场的增强而增大,当尾向磁场由5 nT增大到20 nT时,磁尾2.8 Rm (Rm为火星半径)处O+离子通量密度可增大3倍左右;（ii）火星磁尾O+离子通量密度随内禀磁矩的增大而减小,当内禀磁矩增大半个量级时,磁尾2.8 Rm处O+离子通量密度可减小到25%左右. 根据实际观测得到的O⁺在不同火星磁层区的数据和本文的理论曲线,推测得火星的内禀磁矩约为2×1017 T·cm3,这与美国最新的火星探测飞船MGS观测结果一致.     

压应力对铁电陶瓷非线性力电耦合性能的影响

回顾了关于轴向压应力与侧向压应力对铁电陶瓷非线性力电耦合性能影响的实验结果,提出了一个新的电畴翻转模型,将180°电畴翻转分成两次连续的90°翻转.在压应力方向与极化方向平行的情况下,陶瓷中的电畴翻转近似为轴对称的,可以用一个解析的模型来模拟.而在压应力方向与极化方向垂直的情况下,电畴翻转是三维的,因而无法简化.两种情况下模型的模拟结果均与实验结果符合较好,从而说明了该模型的有效性.回顾了关于轴向压应力与侧向压应力对铁电陶瓷非线性力电耦合性能影响的实验结果,提出了一个新的电畴翻转模型,将180°电畴翻转分成两次连续的90°翻转.在压应力方向与极化方向平行的情况下,陶瓷中的电畴翻转近似为轴对称的,可以用一个解析的模型来模拟.而在压应力方向与极化方向垂直的情况下,电畴翻转是三维的,因而无法简化.两种情况下模型的模拟结果均与实验结果符合较好,从而说明了该模型的有效性.     

行星际磁云边界层中的磁重联结构

介绍Wind飞船跨越1997年5月15日磁云边界层时的观测分析结果.分析发现, Wind飞船在距地球约190个地球半径处于07:35~08:50UT期间观测到一个磁重联耗散区, 主要的磁重联信号包括: (ⅰ) 重联反向流在08:10UT附近被观测到, 速度分别为≈65和41 km/s, 其夹角为≈142°; (ⅱ) Hall磁场被观测到, 如x-z平面外的Hall磁场是叠加在约为≈2 nT的称引导场上的-B_y 和+ B_y , 幅度达≈7.0 nT, 大约为总磁场的41%; (ⅲ) 重联区内Alfven涨落明显增强, 特别在前边界(0735 UT)附近可看到慢模性质的界面; (ⅳ) 离子在重联层内明显加热, 温度快速增大达3倍. 电子也加热, 但不如离子显著. 上述观测表明, 磁重联可以发生于行星际空间, 这无论对发展磁重联理论还是对行星际物理过程的认识, 都将是重要的.     

磁暴时ULF波多卫星联合观测研究

利用Cluster C1,GOES10,12和Polar四颗卫星的观测数据,研究了在2003年10月31日21：00～23：00 UT磁暴恢复相期间,地球磁层内大尺度ULF波的全球分布特征.数据分析结果表明,位于磁层不同区域的卫星观测到的ULF波的幅度、周期等性质差别很大.对ULF波幅度的全球分布来说,ClusterC1观测到的环向模最强,这可以解释为Cluster C1所在区域内发生了磁力线共振：空腔共振的压缩波模将能量耦合传递给磁力线共振的剪切阿尔芬波,从而观测到了到的很强的环向模.对ULF波周期的全球分布来说,ClusterC1观测到的波的频谱峰值周期最短,同步轨道高度的GOES卫星观测到的峰值周期较长,而位于更远处的Polar卫星观测到的峰值周期最长.Cluster C1在L=11.7～5.3范围内观测到环向模的周期几乎相同.GOES10和Cluster C1的三种波模的平方小波相关分析表明磁力线共振区域在向日面磁层至少扩展了四个地方时的宽度范围.Polar卫星观测的环向模是驻波,而极向模是行波,这可能是开放的磁尾波导模作用的结果.由于在时段内的太阳风速度很高而动压变化不明显,因此推测观测到的ULF波是高速太阳风在磁层顶激发的Kelvin-Helmholtz不稳定性激发的.