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第四节地球辐射带第三章磁层内容地球辐射带的发现地球辐射带的形成地球辐射带的分布地球辐射带的影响1957年10月4日，前苏联成功发射了世界上第一颗人造地球卫星“Sputnik”，拉开了人类探索太空的序幕。地球辐射带的发现1957年10月4日，前苏联成功发射了世界上第一颗人造地球卫星“Sputnik”，拉开了人类探索太空的序幕。1958年1月31日，美国成功发射了第一颗人造地球卫星，命名为“探险者1号”。所携带的粒子探测器仍未获结果。1958年3月26日，美国发射的第二颗卫星上又携带了同样的粒子探测器，仍无结果。VanAllen经过通盘考虑后认为，测量仪器上的计数器停止计数，并不是空间没有带电粒子，恰恰相反，是由于空间带电粒子太多，使计数器无法正常工作所致。1958年7月26日，美国发射第四颗人造卫星，证实了VanAllen的判断。被地磁场捕获的、分布在地球周围的、具有高强度的高能带电粒子环形区，我们称为地球辐射带，也叫做VanAllen辐射带。地球辐射带的发现磁层粒子动力学的基本方程00(,)(,)(,,)ddqtqtdtdttpRERBRRRRv回旋运动弹跳运动漂移运动地球辐射带的形成带电粒子在地磁场中的运动形态带电粒子在地磁场中的运动形态带电粒子在地磁场中的运动形态地球辐射带的分布辐射带粒子的输运过程磁扰磁场+电场快速变化外磁层粒子向内径向扩散并加速高能粒子与波动相作用投掷角扩散沉降在大气中内带位于1.1L2.5；中心1.5Re；成分：≥0.5MeV电子和1~100MeV质子；来源：高能质子源于宇宙线反照中子衰变，电子源于外磁层扩散；特征：分布稳定，强度高，变化缓慢。辐射带质子分布外带位于3L8；中心3.5Re；成分：≤5MeV质子和0.04～7MeV电子；主要来源外磁层扩散；特征：动态分布，较内辐射带更大更分散。辐射带电子分布南大西洋异常(SAA)磁异常位于15°E～120°W，10°N～60°S，整体异常尺度大；中心大约在(45°W,30°S)；源于地磁偶极轴相对于地球自转轴的倾斜和偏移以及地磁场本身(高阶矩)的影响；特征：磁场强度低而辐射强度极高；是低轨道航天事故的高发区，其导致的总剂量效应和单粒子效应危害最大。质子通量分布（500km）电子通量分布（500km）辐射带的动态分布太阳活动水平地磁场长期变化地磁短期变化---磁暴太阳宇宙线事件太阳活动水平的影响太阳活动高年电磁辐射较强大气标高升高大气密度升高大气层吸收增强通量下降辐射带高质子通量周期性变化太阳活动水平的周期变化导致低高度捕获质子和电子通量的周期变化。在太阳活动高年，太阳射电辐射较强，相应的大气标高升高，即同一高度上大气密度升高，大气层对低高度电子和质子的吸收增强，导致电子和质子的寿命缩短，通量下降；反之，情况正好相反。此外，太阳活动低年，银河宇宙线强度较高，引起内辐射带质子强度增大；太阳活动高年，银河宇宙线强度减弱，使得内辐射带高能质子强度相对减小。太阳活动水平的影响地磁长期变化的影响稳定的地磁场稳定的辐射带结构动态分布的辐射带SAA区漂移壳下降长期变化的地磁场变化的地磁场SAA以0.3°/a西移1980年和2000年3月能量在16-215Mev（左图）和80-215Mev（右图）范围内的全球质子通量分布图。数据来源数据来源NOAA6和NOAA14（谢伦&濮祖荫，中国科学）辐射带高能质子通量长期变化带电粒子被地磁场捕获形成辐射带，也即地磁场决定了辐射带的空间结构。稳定的地磁场对应的辐射带也是稳定的，变化的磁场将引起辐射带结构的变化，包括辐射带的空间分布位置和强度。不难理解，地磁场的扰动和长期变化必将引起辐射带粒子的分布及强度的变化。在过去三十年里，SAA区的粒子漂移壳显著下降，使得SAA区粒子通量明显增强。地磁场长期变化还引起SAA区以每年0.3o的速度向西缓慢漂移。地磁场长期变化的影响磁暴期间，辐射带环境中变化最剧烈的是外辐射带电子强度。由于磁尾新粒子的注入，强度升高，而磁暴后，强度降低。在L3.5的空间，即使小磁暴也能引起辐射带高、低能电子环境较为明显的变化；对于L3.5的空间，则需要较大的磁暴才能引起低能电子环境的变化。通常L值越大，电子通量对磁暴的响应越迅速；反之，越慢。地磁短期变化---磁暴地磁短期变化的影响所有的太阳宇宙线事件都对外辐射带粒子的强度会造成直接的影响。对于非相对论太阳质子事件，主要是引起外辐射带质子强度的大幅增加，具体的增加幅度取决于质子事件的强度。对于相对论太阳质子事件，其结果不仅会影响外辐射带高能质子的环境，还会影响内辐射带的质子环境，部分能量极高的质子还将直接打到地面，到达辐射带粒子不能进入的区域。太阳宇宙线事件打击空间技术系统，对中、低轨卫星的破坏，影响卫星通讯、破坏卫星上的电子元件、缩短卫星的在轨寿命等等。地球辐射带的影响卫星异常情况分布（太空的百慕大三角）