Zong_SP_2_iono_magnetosphere电离层.ppt

磁 层 定义：太阳风流经地球时，与地球磁场相互作用而在地球周围形成的、地球磁场对带电粒子起控制作用的区域。 本节复习思考题 电离层的基本知识：电离层分层结构、电离层不规则性、电离层骚扰、电离层暴、电磁波在电离层中的传播特性 为什么极光主要出现在高磁纬地区？ 辐射带是怎样形成的？ 什么叫磁暴？什么叫亚暴？ 磁暴的效应 * * * * * * * * * * * * * * The image above shows the shock wave in front of a blunt object (moving from right to left) in a wind tunnel during an experiment at NASA Ames Research Center. This may resemble the shock wave preceding a planetesimal moving through the solar nebula. * * * The image above shows the shock wave in front of a blunt object (moving from right to left) in a wind tunnel during an experiment at NASA Ames Research Center. This may resemble the shock wave preceding a planetesimal moving through the solar nebula. 地球的辐射带 地球的辐射带 地球辐射带特征 辐射带是充满带电粒子的区域，环绕着地球在大约1.1~3.3 个地球半径以内和4.5 ~6 个地球半径以外的两个区域内，分别称为内辐射带和外辐射带。 辐射带小结 在地球周围由地磁场捕获的高能带电粒子区域； 按空间区域分内辐射带和外辐射带： 内辐射带：在赤道面上离地心1.1到 3.3个地球半径，主要是高能质子。 外辐射带：在赤道面上离地心4.5到 6.0个地球半径，主要由电子组成。 辐射带结构 南大西洋异常(SAA) 卫星异常情况分布(注意太空的百慕大三角） 地磁场为什么变化？ 地磁活动 带电粒子沿着磁力线运动→产生场向电流→产生磁场，垂直于磁力线运动→产生环电流→产生磁场，这些磁场使正常情况下的地磁场值发生变化，称为地磁扰动，或地磁活动； 由大的环电流引起的地磁场变化称为磁暴。 地磁活动指数 表示一定时间间隔内地磁场扰动程度的数字，称为地磁活动指数。常用的有C指数、K指数、Ap指数等。数字越大，表示地磁扰动越强。 磁 暴 全球范围内地磁场的剧烈扰动，扰动时间持续十几小时到几天； 磁暴发生与太阳活动有密切关系，大的非重现性磁暴与CME联系密切。 北京地磁台观测到的磁暴 产生磁暴的直接原因 太阳活动期间，大量的带电粒子进入地球空间，并被地磁场捕获。由于粒子增多，环电流也增强。环电流产生的磁场与地磁场叠加，使得地磁常的水平分量发生很大变化。这时，我们就说发生了磁暴。 磁暴的产生及伴随的事件 亚 暴 地磁场持续时间为2、3小时的扰动，是存储在地球磁尾的太阳风能量瞬时的释放引起的。引起极光卵增大、增亮。 平均一天出现4~5次，每次释放一个中等地震的能量。 THENIS卫星星座 磁暴和亚暴效应 对输电线路的破坏（在地面的效应） 航天器带电（对航天器的效应） 高层大气加热（对近地环境的效应） 对宇航员的辐射损害（对载人航天的效应） 通讯受到干扰甚至中断（对电离层的效应） 对人类生存环境的影响（带电粒子对臭氧分布的影响） 地磁场简单模型——偶极子 带电粒子在均匀磁场中的运动 回旋运动：R是回旋半径 带电粒子运动特征 速度越大，回旋半径越大； 磁场越强，回旋半径越小； 当有平行于磁场的速度分量时，粒子运动轨迹是螺旋线。 粒子沿磁力线运动的分解 B V 一般情况下，磁场动量守恒写作： 能量守恒写作： 粒子在不均匀磁场中受到的力 力的方向与磁场增加的方向相反； 由于这个力的作用，粒子运动到一定高度后将反弹，反弹点称为镜点，因为在相反的极区也有这样的点。 粒子的沉降 粒子被反射的点称磁镜点；如果入射粒子接近与磁场平行，磁镜点降低，若低于100km，则粒子在反射之前就与大气分子相撞，称粒子沉降。 关于问题1的结论 由于地磁场的存在，只有在极区或高（磁）纬地区，带电粒子才能运动到较低的高度，与大气分子相撞，产生极光。 问题2： 为什么极光是五颜六色的？ 极光的颜色与哪些因素有关？ 大气成分 带电粒子的种类 带电粒子的能量 研究极光的意义 极光与太阳活动密切相关 由极光频谱可判断沉降粒子种类 由极