空间与环境学院李柳元副研究员等人揭开卫星“杀手电子”时空变化之谜

点击数:    |    加入时间:2017-06-10

北航新闻网6月10日电(通讯员 季洁) 近日,空间与环境学院李柳元副研究员等人首次揭开了卫星“杀手电子”时空变化之谜。相关的研究结果已经被国际地球物理杂志<<Journal of Geophysical Research: Space Physics>>作为亮点论文发表(http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2016JA023634/abstract),同时被美国地球物理学会(AGU)官网作为地球和空间科学新闻(EOS)详细报道(https://eos.org/research-spotlights)。

1958年卫星上天以后,美国科学家观测到三万公里高的卫星轨道恰恰是高能带电粒子聚集的地方,它们围绕地球形成的辐射带严重威胁着航天器安全运行和宇航员的身体健康。大剂量和高能量的高能电子甚至可以穿透卫星表面,产生深层充放电,造成卫星工作异常甚至完全失效。因此,弄清卫星运行空间高能电子辐射环境的时间和空间变化具有重要的科学意义和应用价值。

谈到研究的起因,李柳元副研究员在采访中说,自1958年发现高能粒子辐射带以来,国内外学术界和航天部门对辐射带已开展了大量的研究工作。一些中国学者也做出了重要贡献。但是到目前为止,科学家们仍然不知道到底什么控制着辐射带形状的变化。近年来,随着空间探测技术的发展和国际上一些探测计划的实施,空间探测数据覆盖的时间和空间范围越来越大。李柳元副研究员等通过长期的数据统计和分析,终于发现是磁层空间等离子体波动控制着辐射带的时空变化。“我们觉得这就是一个基础工作,”李柳元副研究员谦虚地说道,“但美国地球物理协会对我们的研究结果评价还挺高,做了一个专题报道。”


哨声模合声波造成外辐射带兆电子伏特(MeV)能量电子(e-)的增加,而哨声模嘶声波可以造成槽区和内辐射带区域MeV电子的减少甚至完全消失掉(选自Li et al., JGR, 2017)。

高度评价的背后却是不懈的坚持和努力。李柳元副研究员介绍,他从事空间环境研究已有十几年了,研究过程中也跟国外的科学家有很多合作。在与美国科学家的合作中,双方不断交流探测数据的可靠性和研究方案的可行性,以便取得共识从而更好地开展研究工作。这项研究刚开始的时候,实验结果与期望值有出入,但李柳元副研究员觉得这是好事,因为可以透过差值发现新的东西。“很多人碰见实验结果与前人的数据相比不同的时,可能就会想:我这个是不是有问题。但是,你若相信自己,就多方面地验证。道路就是在验证过程中来来回回的。”

此篇论文的投稿过程也体现了科研的严谨精神。由于文章的研究结果比较新颖和重要,审稿人非常谨慎和苛刻,文章的发表来回折腾了很多次,有时也很枯燥。但李柳元表示,就算枯燥,只要认定自己的工作值得往前推,就坚持下去。“审稿人的意见也是很重要的,把他提出的问题解决了,文章的质量就很高了。改文章改好几次,有时我自己都烦了,那就放一放,放一段时间再来修改,精工细琢嘛。”


美国地球物理学会(AGU)官网作为地球和空间科学新闻(EOS)的详细报道

谈到跟这次研究相关的计划或发展,李柳元认为,随着科技文明不断发展,人类的活动范围会逐渐往外太空延伸。人们会像关注地面天气一样关心空间天气和空间环境。空间环境中存在对卫星和宇航员有伤害的高能粒子辐射,太空中有些灾害性空间天气事件也会影响到卫星与地面的通讯,这一切不仅与我们的航天活动有关,也和日常生活有密切关系。“我们这个研究是基础研究,它跟应用研究是有跨度的。我们搞这个是关心它对卫星的影响。我们通过统计观测发现规律,建立模型。通过模型,了解不同的空间环境参数变化之间有什么联系,再预报下一步的变化,这可以对航天活动和宇航员在太空中的安全保障提供帮助。国际上在此领域已有很多研究,但还有很多科学和技术问题没彻底解决。下一步,我们想朝着系统化的模型方向走,期望做出一些有用的东西。当然现在的工作中心还是基础部分,解决变化和变化规律。”

2016年北京航空航天大学为了加快空间科学和环境科学的发展,成立了空间与环境学院。近年来,空间与环境学院空间科学团队在曹晋滨教授的带领下,在空间物理和空间环境领域取得了一系列具有国际影响力的重要成果,在国际空间物理知名期刊上发表的文章越来越多。相信未来在李柳元副研究员这样的科学工作者的努力下,我校的空间科学学科会发展得越来越好。


编辑:贾爱平

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