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嫦娥四号能量中性原子观测揭示太阳风与月面相互作用新特征 被引量:4
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作者 谢良海 张爱兵 +10 位作者 李磊 王慧姿 史全岐 张江 王文静 WEISER Martin 张艺腾 孔令高 冯永勇 周斌 王劲东 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期11-24,共14页
与地球不同,月球暴露在太阳风中。太阳风注入到月面,与月壤相互作用,部分太阳风质子以能量中性原子(Energetic Neutral Atom, ENA)的形式被月表散射。另外,月球局部地区的磁异常能阻挡太阳风到达月面,并形成微磁层,成为月面天然的保护... 与地球不同,月球暴露在太阳风中。太阳风注入到月面,与月壤相互作用,部分太阳风质子以能量中性原子(Energetic Neutral Atom, ENA)的形式被月表散射。另外,月球局部地区的磁异常能阻挡太阳风到达月面,并形成微磁层,成为月面天然的保护屏障。然而以往相关的观测数据都来自轨道器,月面的真实情况无从知晓。嫦娥四号任务搭载的中性原子探测仪首次在月面就位测量ENA,为研究月面和太阳风相互作用提供了新的视角。本文综述了嫦娥四号的ENA探测,重点介绍了一些不同于以往遥感观测的新现象,包括月面ENA反射率较高,ENA通量向低能段聚集,以及除了氢ENA还有其他重成分ENA等。分析上游太阳风观测数据发现,月面对太阳风的作用主要体现在105~523 eV能量段,且在磁异常下游时ENA通量整体偏低。利用全球Hall MHD数值模拟,证明了微磁层是造成ENA通量降低的原因。同时,还发现月球微磁层的形成与太阳风动压以及离子惯性长度有关,微磁层内的静电场使得太阳风减速和偏转,对应的电势差为50~260 V。 展开更多
关键词 太阳风–月面相互作用 能量中性原子 微磁层 嫦娥四号
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日球层内外能量中性原子的探测
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作者 谢克强 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第3期253-292,共40页
能量中性原子(Energetic Neutral Atoms,ENA,简称能原子)是指在日球层内外空间,拥有>0.1 keV动能的原子.在此空间领域并没有温度>10~6K的中性气体,但却充满动能>0.1 keV的正离子.因此能原子A应该是A^+离子与原地稀薄气体B原子... 能量中性原子(Energetic Neutral Atoms,ENA,简称能原子)是指在日球层内外空间,拥有>0.1 keV动能的原子.在此空间领域并没有温度>10~6K的中性气体,但却充满动能>0.1 keV的正离子.因此能原子A应该是A^+离子与原地稀薄气体B原子或分子交换电荷所产生的,即A^++B→A+B^+.电荷交换涉及极小的动能变化,新生的能原子A和离子B^+基本上各自保持原有动能.离子B^+随即被当地磁场俘获,能原子A则脱离磁场约束并携带其原属离子群的成分和能量信息而直线运动,成为遥测空间等离子体的有效媒介.美国人造卫星IBEX(Interstellar Boundary Explorer)直接探测得到来自日球层以外星际空间的能原子,大幅延伸了利用能原子遥测空间等离子体的领域.本文据此论述了空间能原子的发现,综述了探测空间能原子的基本概念与实例、取得的主要成果、仪器设计和研制进展以及未来空间利用能原子遥测的发展趋势. 展开更多
关键词 能量中性原子 空间等离子体 遥测 日球层 星际介质 电荷交换 粒子探测器
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中性原子成像探测的物理设计与仿真 被引量:5
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作者 路立 S McKenna-Lawlor +3 位作者 J Balaz 史建魁 杨垂柏 罗静 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第3期341-351,共11页
研究了磁层-电离层-热层耦合星座(MIT)卫星计划中高能中性原子成像仪(NAIS-H)探测方案的原理设计和模拟仿真.以双星中性原子成像仪设计思想为基础,依据MIT卫星计划的总体科学目标和磁层卫星的轨道环境及相应自旋姿态,给出中性原子成像... 研究了磁层-电离层-热层耦合星座(MIT)卫星计划中高能中性原子成像仪(NAIS-H)探测方案的原理设计和模拟仿真.以双星中性原子成像仪设计思想为基础,依据MIT卫星计划的总体科学目标和磁层卫星的轨道环境及相应自旋姿态,给出中性原子成像仪的技术架构,并针对地磁偶极场的环电流模型进行了模拟仿真.仿真结果表明,所研制的NAIS-H以其高时空分辨能力适用于监测和反演磁暴期间磁层等离子体的全球动力学过程. 展开更多
关键词 能量中性原子 自旋姿态 环电流
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中性原子成像仪的定标测试 被引量:1
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作者 路立 余庆龙 +2 位作者 张焕新 荆涛 杨垂柏 《空间科学学报》 CSCD 北大核心 2017年第4期484-489,共6页
中性原子成像仪(NAIS-H)获取的高时空分辨率图像可为地球空间磁暴和亚暴过程的各类机制研究提供全景式的空间粒子分布数据,为磁层与电离层耦合、磁层能量耗散等MIT(磁层-电离层-热层耦合小卫星星座探测计划)科学研究任务提供重要的数据... 中性原子成像仪(NAIS-H)获取的高时空分辨率图像可为地球空间磁暴和亚暴过程的各类机制研究提供全景式的空间粒子分布数据,为磁层与电离层耦合、磁层能量耗散等MIT(磁层-电离层-热层耦合小卫星星座探测计划)科学研究任务提供重要的数据支撑.探测器的标定是研制过程的一个重要技术环节,是日后空l可探测数据分析和反演基本依据.本文利用模拟信号源对中性原子成像仪原理样机的前端电子学系统进行了能谱定标,并利用电子加速器对标定的能谱进行了辐射测试验证. 展开更多
关键词 能量中性原子 全能谱图 能谱半高宽 模数转换阈值
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外日球层太阳风“磁流体-能量粒子”强耦合系统的数值模拟 被引量:4
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作者 熊明 李波 《天文学进展》 CSCD 北大核心 2016年第4期425-449,共25页
日球层是指以超音速径向外流的太阳风在周围星际介质中所占有的空间范围。磁化太阳风和星际介质的相互作用形成终止激波、日鞘区、日球层顶。在外日球层,太阳风中存在宇宙线能量粒子辐射背景以及螺旋形行星际磁场、行星磁层等准稳态结... 日球层是指以超音速径向外流的太阳风在周围星际介质中所占有的空间范围。磁化太阳风和星际介质的相互作用形成终止激波、日鞘区、日球层顶。在外日球层,太阳风中存在宇宙线能量粒子辐射背景以及螺旋形行星际磁场、行星磁层等准稳态结构。太阳风离子与星际中性氢原子通过电荷交换生成太阳风拾起(pickup)离子和能量中性原子(Energetic Neutral Atom,ENA),导致外日球层太阳风的加热和减速。外日球层太阳风宏观磁流体动力学与ENA辐射场是强烈耦合的,ENA携带其原属离子群的成分及能量信息并且在日球层内直线运动。ENA辐射是遥测广袤日球层的远程探针,该辐射在全天球范围内的成像能描绘外日球层在粒子多能段的全景肖像。辐射磁流体理论被应用于描述日球层大尺度动力学和能量粒子加速及传输的多尺度耦合。认证外日球层太阳风物理的重大科学问题,阐述该科学问题对辐射磁流体的物理建模及其数值求解的内禀需求,分析外日球层辐射磁流体数值模拟在国内外的发展脉络和当前现状,提出我国在外日球层领域辐射磁流体数值模拟的发展建议。 展开更多
关键词 辐射磁流体力学 能量中性原子 外日球层 太阳风
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自主火星探测高集成离子与中性粒子分析仪 被引量:7
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作者 孔令高 张爱兵 +4 位作者 田峥 郑香脂 王文静 刘勇 丁建京 《深空探测学报》 2019年第2期142-149,共8页
小型化、高集成化是深空探测载荷发展的主要趋势。在我国自主火星探测计划中,设计了一种高集成化的火星离子与中性粒子分析仪。采用从传感器到电子学进行最大限度共用的设计思路,在一台仪器中实现对离子和能量中性原子进行能量、方向和... 小型化、高集成化是深空探测载荷发展的主要趋势。在我国自主火星探测计划中,设计了一种高集成化的火星离子与中性粒子分析仪。采用从传感器到电子学进行最大限度共用的设计思路,在一台仪器中实现对离子和能量中性原子进行能量、方向和成分的探测,大大降低了仪器对卫星平台的资源需求。仪器采取静电分析进行离子的方向和能量测量、采取飞行时间方法进行离子成分的测量。中性原子采用电离板电离成带电离子,后端的能量测量和成分测量与离子相同。鉴定件样机已经完成了初步的测试定标,结果表明其满足设计要求。 展开更多
关键词 高集成化 火星 离子 能量中性原子 分析仪
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从地球磁层到外日球层及以远区域探测
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作者 宗秋刚 任杰 +1 位作者 何建森 王玲华 《深空探测学报(中英文)》 2020年第6期554-559,共6页
在太阳系中,地球、水星、木星、土星、天王星和海王星以及多颗行星的卫星,拥有由太阳风与这些天体的内在磁场相互作用形成的磁层结构。主要根据现有的探测器得到的数据,介绍了太阳风与星际介质的相互作用、能量中性原子分布和拾起粒子... 在太阳系中,地球、水星、木星、土星、天王星和海王星以及多颗行星的卫星,拥有由太阳风与这些天体的内在磁场相互作用形成的磁层结构。主要根据现有的探测器得到的数据,介绍了太阳风与星际介质的相互作用、能量中性原子分布和拾起粒子相对空间密度变情况、异常宇宙线的形成机制、日球层可能的形状变化。给出了中国太阳系边际探测计划,设计两个相反方向的探测器,一个向日球层鼻尖方向飞行,对太阳系边际及其邻近空间开展全面的探测;另一个探测器向相反方向飞行,填补日球层尾部边界探测的空白。对日球层的空间环境的认识可为探测器的设计提供参考。 展开更多
关键词 日球层 磁层 太阳风 星际介质 能量中性原子 拾起粒子 异常宇宙线
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月表太阳风和粒子辐射环境--“嫦娥四号”观测新结果 被引量:5
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作者 王赤 李磊 +9 位作者 张爱兵 张珅毅 侯东辉 徐子贡 谢良海 王慧姿 罗朋威 郭静楠 史全岐 张小平 《深空探测学报(中英文)》 CSCD 北大核心 2022年第3期239-249,共11页
太阳风、太阳高能粒子、银河宇宙线几乎可以无阻碍地到达月面,与月表发生相互作用。太阳风粒子以能量中性原子的形式被月壤散射,其过程与太阳风状态、月表电磁环境、局部地形、月壤特性等因素均有关系;银河宇宙射线、太阳高能粒子与月... 太阳风、太阳高能粒子、银河宇宙线几乎可以无阻碍地到达月面,与月表发生相互作用。太阳风粒子以能量中性原子的形式被月壤散射,其过程与太阳风状态、月表电磁环境、局部地形、月壤特性等因素均有关系;银河宇宙射线、太阳高能粒子与月壤相互作用,产生以中子和伽马射线为主的反照辐射,形成特殊的月表粒子辐射环境。文章介绍了“嫦娥四号”首次在月球背面原位所测量的能量中性原子、粒子辐射环境,分析了月面ENA的能谱等特性、月球微磁层存在的观测证据及月面辐射环境的构成及其随时间的变化。结果表明,月表能量中性原子观测为认识太阳风与月球的相互作用,这为研究月球微磁层内部结构及成因提供了新的视角;而月面辐射环境的测量为未来月球探测中航天员和设备的安全保障提供了重要依据。 展开更多
关键词 月球空间环境 能量中性原子 太阳风散射 粒子辐射 微磁层
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