地磁截止刚度是定量衡量地球磁场对高能粒子屏蔽效应的参数,描述了高能粒子穿越磁层到达指定观测点的带电粒子刚度阈值.人们一直研究垂直方向上的截止刚度,但对作为方向函数的截止刚度,缺少详细研究.我们使用单粒子方法,倒向追踪粒子的运动状态,计算了近地空间不同投掷角度的高能粒子地磁截止刚度,研究发现:(1)天顶方向或者垂直方向的截止刚度通常不是最小地磁截止刚度;(2)最小地磁截止刚度对应的投掷角方向最大为沿着磁场方向,即0°方向;其次为天顶方向,也就是通常所说的垂直方向;然后为180°方向,即磁场的反方向;(3)全球范围截止刚度对应的投掷角分布符合两端上翘的正态分布形态,不考虑两端最大占比,其中心在90°附近;(4)通过地磁平静期间的数值模拟发现,使用垂直方向的截止刚度对比最小截止刚度将平均高估13.17％,最大可能高估70％;(5)不同经纬度高能粒子的截止刚度与投掷角不存在明显关系.我们的研究将对行星际高能粒子以及银河宇宙线进入磁层,尤其是高纬度地区磁层和行星际空间的高能粒子耦合机制具有重要意义.同时对极盖区辐射吸收、高能银河宇宙线造成的大气层化学过程以及极地空间背景等离子体的相关研究具有重要意义.
高能粒子 地磁截止刚度 非垂直方向 数值模拟