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宇宙線地磁效應

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宇宙線地磁效應是地磁場對宇宙線粒子運動軌道的影響,又稱宇宙線地磁調製。

1 宇宙線地磁效應 -宇宙線地磁效應


  磁剛度  宇宙線研究中常用的反映帶電粒子運動軌道抗拒磁場影響的物理量,磁剛度越大,在地磁場中偏轉的角度越小。一個動量為P、電荷數為Z的帶電粒子的磁剛度為:

宇宙線地磁效應

其中c為光速,e為電子電荷。當動量以電子伏/光速為單位時,磁剛度在數值上等於單位電荷的動量,單位是伏特。
  截止剛度  在某一地磁緯度λ處,從無窮遠來的帶電粒子,必須具備一定的磁剛度值,才能沿某一方向入射到地球。這一磁剛度值稱為該方向的截止剛度。史篤默理論證明,在地球偶極磁場中,垂直於磁力線方向的截止剛度約為:

Rc=1.5×1010cos4λ(伏),

在磁赤道上Rc≈1.5×1010伏。隨著磁緯的增加,截止剛度減小。在同一磁緯,從西邊入射的正粒子比從東邊入射的粒子的截止剛度小。
  史篤默理論只是一種偶極磁場近似。要精確計算截止剛度,還必須考慮地球內部和外部非偶極場的影響,同時還要考慮固體地球對宇宙線粒子的吸收,即所謂影子效應。這就需要對粒子運動軌道進行數值積分。用這種數值方法計算出來的北京宇宙線台的垂直截止剛度約為9.68×109伏。
  宇宙線強度的磁緯度效應  地磁場是宇宙線的天然能譜分析儀。在地磁兩極區,從低能到高能粒子均能沿磁力線進入地球,但在低緯地區,只有能量較高的粒子才能克服地磁場影響進入地球。由於高能宇宙線強度是隨能量增大而降低的,因此低緯地區的宇宙線強度比高緯區低。高緯度宇宙線強度比低緯度處高出一倍以上,但到磁緯60°左右,強度不再變化,形成一個「膝蓋」形,如圖所示。

2 宇宙線地磁效應 -配圖

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