伯明翰大学领导的一项研究对近地空间粒子的行为提出了质疑，这些粒子会损坏卫星和对宇航员构成风险。研究人员发现，传统的“准线性模型”可能并不像以前认为的那样经常适用。这项研究为开发新的理论和方法铺平了道路，这些理论和方法将有助于科学家预测和分析空间中粒子的行为，并可能改善太空天气预报。
在国际合作研究的推动下，对近地空间危险环境的新见解可能会彻底改变空间天气预报。
伯明翰大学领导的一项新研究向太空科学家提出了更好地了解危险的近地太空环境的挑战。
这项研究代表了迈向新理论和新方法的第一步，将帮助科学家预测和分析太空中粒子的行为。它对理论研究以及空间天气预报等实际应用都有影响。
探索辐射带
该研究重点关注近地空间中的两条高能粒子带，称为辐射带或范艾伦带。这些粒子被困在地球磁层内，可能会损坏经过的卫星和航天器上的电子设备，并对宇航员构成风险。
几十年来，了解这些粒子的行为方式一直是物理学家和工程师的目标。自 20 世纪 60 年代以来，研究人员一直使用“拟线性模型”中包含的原理来解释带电粒子如何在空间中移动。
空间物理理论的挑战
然而，在这项新研究中，研究人员发现了证据，表明标准理论可能不像之前假设的那样经常适用。这个由来自英国、美国和芬兰机构的 16 名科学家组成的团队探索了标准理论的局限性。拟线性理论的应用看似简单，但实际上根据太空中的科学测量将其集成到空间物理模型中是一个微妙的过程。本文详细分析了这一过程背后的挑战。
研究结果发表在《天文学和空间科学前沿》特刊上：“空间物理学编辑的挑战：空间物理学中已解决和未解决的问题”。
未来方向和合作研究
主要作者、伯明翰大学空间环境与无线电工程 (SERENE) 小组的 Oliver Allanson 博士表示：“更好地了解这些粒子的行为对于解释卫星数据和理解底层物理至关重要。空间环境。”
参与这项研究的研究人员来自英国伯明翰大学、埃克塞特大学、诺森比亚大学、沃里克大学、圣安德鲁斯大学以及英国南极调查局。美国加州大学洛杉矶分校、爱荷华大学和新墨西哥州美国空军研究实验室；以及芬兰赫尔辛基大学。
该研究的下一步将包括基于这项工作的发现增强理论描述，然后可将其用于空间天气模型，以预测这些危险颗粒在近地空间中的行为。
参考文献：
“在给定测量模式波谱的共振波粒相互作用过程中理解粒子输运机制的挑战”作者：Oliver Allanson、Donglai Ma、Adnane Osmane、Jay M. Albert、Jacob Bortnik、Clare E. J. Watt、Sandra C. Chapman、Joseph Spencer、Daniel J. Ratliff、Nigel P. Meredith、Thomas Elsden、Thomas Neukirch、David P. Hartley、Rachel Black、Nicholas W. Watkins 和 Sean Elvidge，2024 年 2 月 27 日，天文学和空间科学前沿。
DOI：10.3389/fspas.2024.1332931