极光准静态加速机制与阿尔芬加速机制间的关联性研究

Aurora is a light display caused by precipitating of energetic electron in planetary atmosphere. Luminous intensity is proportional to the energy flux of the precipitated particles. In the research of magnetosphere, people found intense discrete aurora is created by the energy precipitating of accelerated electrons along the geomagnetic field line, which is the key process of magnetosphere-ionosphere coupling. Parts of electrons in magnetotail can move toward polar region along the geomagnetic field line, these electrons are normally in a relative low energy, after the acceleration in aurora acceleration region, parts of the electrons can be accelerated to or over 1 keV, some of them are even higher than 10 keV. These energetic electrons are the main energy source of intense discrete aurora. There are mainly two kinds of acceleration mechanisms in this process, which are Qusai-static acceleration and Alfvén acceleration. In this program, we plan to use data from Cluster satellite to have a further investigation on the transition region of Qusai-static acceleration and Alfvén acceleration, which was found by applicant in previous studies. The program is aiming to find the transition mode between two acceleration mechanisms and the physical significance of Qusai-static acceleration top layer; explore the origin of Qusai-static acceleration and understand aurora as a natural phenomena deeply.

极光是高能粒子沉降入行星大气层造成的气体发光现象，其发光强度与沉降粒子流的强弱成比例。在对地球磁层的研究过程中人们发现,明亮的分立式极光是由被平行于磁力线的电场加速后的电子引起的能量沉降造成的，这一过程是磁层-电离层耦合体系的关键环节。磁尾的部分电子会沿磁力线向南北极区运动，这些电子一般能量较低，而经过极光加速区的加速，部分电子的能量可以达到或超过1 keV，部分甚至可以超过10 keV。这些高能电子是明亮的分立式极光的主要能量来源，其加速过程主要有两种机制，分别是准静态加速机制和阿尔芬加速机制。本项目主要通过利用Cluster卫星数据，对项目申请人在先前研究中发现的两种加速机制的过渡区进行深入研究.项目旨在明确两种加速机制在过渡区的过渡方式及准静态加速上边界的物理本质，探索极光准静态加速机制的真正成因，进而更深入的理解极光这一自然现象。

极光是高能粒子沉降入行星大气层造成的气体发光现象，其发光强度与沉降粒子流的强弱成比例。在对地球磁层的研究过程中人们发现,明亮的分立式极光是由被平行于磁力线的电场加速后的电子引起的能量沉降造成的，这一过程是磁层-电离层耦合体系的关键环节。磁尾的部分电子会沿磁力线向南北极区运动，这些电子一般能量较低，而经过极光加速区的加速，部分电子的能量可以达到或超过1 keV，部分甚至可以超过10 keV。这些高能电子是明亮的分立式极光的主要能量来源，其加速过程主要有两种机制，分别是准静态加速机制和阿尔芬加速机制。本项目主要通过利用Cluster卫星数据，对项目申请人在先前研究中发现的两种加速机制的过渡区进行深入研究.项目旨在明确两种加速机制在过渡区的过渡方式及准静态加速上边界的物理本质，探索极光准静态加速机制的真正成因，进而更深入的理解极光这一自然现象。. 正如在项目2017年度进展报告中所描述，“MMS卫星的数据在时间分辨率、能谱范围、数据完整性等方面都有明显优势，所以本研究改用了MMS卫星的数据进行研究为主”。在此基础上，项目执行较为顺利。虽然熟悉MMS卫星数据和重新编程消耗了比原计划更多的数据整理时间，但是本着自然基金“鼓励探索，聚焦前沿”的精神，我们认为这种调整使我们能够利用国际空间物理研究的最新数据，熟悉最新的研究前沿，保持项目组人员与国际同行的信息同步等多方面发挥了显著的作用。同时，虽然使用了MMS卫星的数据，但是我们的研究重点还是聚焦于地球磁层中的粒子加速过程，并发现了超低频波对磁层中冷粒子的准静态加速，. 通过对MMS卫星在磁赤道面正午扇区附近的一个事件分析，我们发现了超低频波对磁层中冷粒子的准静态加速，这一加速过程是由低频波电场和背景磁场共同决定的。同时，研究中也注意到了超低频波对高能电子和高能离子的调制，这揭示了超低频波对不同能量粒子的不同加速机制，为极光粒子加速的两种不同机制的结合提供了途径，完成了研究目标。