用双星中性原子探测数据反演磁暴期间环电流区离子分布的小时间尺度时序演化过程研究

A lot of physical information of particles in the process of charge exchange along line of sight accumulate in the ENA (engergetic neutral atom) image which hardly be identified directly. Extracting plasma information from ENA image for a certain region become a special technology to aim at ENA measurements. NUADU aboard TC-2 satellite is running in a polar orbit and downlinked a lot of ENA image data. During geomagnetic active period NUADU with high spatial and temporal resolution recorded ENA spatial distribution and time evolution. We found that during the storm, in ring current ion fluxes growth stage, the ion flow driven by the convective electric field is sometimes anti-Earthward, and the familiar ion injection signal occurred after the ring current ion flux maximum. This result challenges the traditional concept of ring current ion injection. This work, using ENA inversion model that we developed for NUADU independently, we investigate time evolution process of global ion-flux in the ring current region during storms. By comparing time sequence of the ring current ion-flux increasing, inverted from ENA measurement with high temporal resolution, and ion injection measured by LANL-satellites, we try to investigate the ion injecting pathes and possible trapping mechanism of the ring current, as well as the responses of geomagnetic active indices, respectively.

通过中性原子成像数据的反演可以从中性原子探测图像中提取特定区域里的等离子体物理信息。TC-2卫星上的中性原子成像仪历经4年在轨运行积累了大量的成像数据。在地磁活动期间，中性原子成像仪以其高时、空分辨探测数据给出了中性原子探测图像的空间分布特性和时间演化过程。研究发现磁暴期间环电流区离子通量增长阶段在低纬度区域对流电场驱动的离子流有时是反地向的，而大家熟悉的离子注入事件发生在环电流离子通量极大以后。这个探测结果挑战了环电流离子从磁尾注入的传统观念。此项研究，利用我们正针对TC-2卫星上的中性原子成像仪独立开发专用反演模型，研究磁暴期间环电流区的离子通量分布和时间演化过程；用小时间尺度中性原子积分图像反演研究环电流区粒子通量增长与LANL卫星探测到的磁尾离子注入的时序关系；研究磁暴期间环电流离子可能的注入途径和捕获机制，以及相应的地磁指数响应。

自然科学基金面上项目：《用双星中性原子探测数据反演磁暴期间环电流区离子分布的小时间尺度时序演化过程研究》业已完成。利用双星NUADU/TC-2的ENA成像探测图像完成了地磁活动期间的高时空分辨数据反演分析。其中，4分钟时间分辨反演结果给出2005年5月15日地磁活动过程中ENA辐射增强与同步轨道就位探测的离子注入事件，以及地磁演化过程的因果时序；2004年11月12日的近地点成像探测的反演结果把时间分辨提高到1分钟，并清楚给出赤道环电流离子通量在地磁亚暴增长相与恢复相期间的演化图像。在诸多探测数据研究结果的启示下，我们提出利用近地太阳同步轨道对低高度ENA辐射源的抵近成像探测方案，并给出相应的仿真设计。模拟表明在现有ENA探测技术条件下，我们可以把时间分辨提高到5秒左右。从而，把中性原子成像仪的应用由全球离子分布形态探测升级到地磁活动演化过程探测。为此，我们还结合其他项目进行了中性原子成像仪的原理样机研制和关键技术攻关。