破解“杀手电子”产生机制

2007年，宗秋刚研究小组直接观测到了极低频波动和电子的共振现象，以《太空杀手电子形成》为题入选美国《发现》杂志2007年度全球百大科学技术与趋势新闻，排名37位。

“当时仍有很多人将信将疑，因为在我们的工作中，没看到波对电子的直接加速，也没看到低频波动的直接驱动源。”宗秋刚表示。在研究过程中，宗秋刚小组遇到了不少阻力，因为国际上很多人认为“杀手电子”是被甚低频波(VLF)加速的，甚至可以说这是当时的主流观点。

宗秋刚介绍，在“杀手电子”研究过程中用到了多达12颗卫星的观察数据，光是收集这些数据，就要有相当的恒心和决心。其中星座Cluster卫星每两天左右一个轨道，每一轨道位于内磁层中的时间非常少，又要求在激波到来的时候卫星恰好位于内磁层的向阳面一侧，并且星座Cluster卫星上天后已处于太阳活动的下降期，激波数目越来越少。

“最开始我们对能否找到合适的事例没有信心，很可能我们做了大量的工作以后还是一无所获。”宗秋刚表示。抱着试试看的想法，宗秋刚小组分析了自星座Cluster卫星发射以来8年间、1500多个轨道的数据。

“幸运的是，我们最终找到了两个符合条件的观测事件，就是在我们的文章中所呈现的两个事例。”宗秋刚喜言。当太阳爆发产生的大尺度激波撞击地球时，地球磁场会产生大幅度的脉动。宗秋刚团队首先发现这一现象，这些大幅度的脉动导致地球的磁力线振荡，使得地球的磁力线就像一根琴弦那样振荡，产生超低频波。而这些超低频波是驻波，将沿着磁力线运动的电子加速到非常高的速度。这样使得太阳风的能量能够传递给磁层内的“杀手电子”。“我们团队的研究工作第一次直接从观测上和理论上展示了这个‘杀手电子’加速的完整过程。”宗秋刚说。

据宗秋刚介绍，他们发现产生“杀手电子”的过程主要有两个阶段。第一阶段的加速是由太阳发出的强行星际激波引起的磁场压缩的结果，这一阶段会产生大量的高速电子作为“种子电子”；第二阶段是在行星际激波冲击地球的瞬间，地球磁场磁力线开始在超低频波段(ULF)颤动，然后，产生的ULF波就可以有效地将第一阶段产生的“种子电子”加速为“杀手电子”。“我们还发现‘杀手电子暴’可以在短短的15分钟内形成。”宗秋刚补充说。