Particle Diffusion in the Radiation Belts

ظهور ماهواره‌های زمین مصنوعی در سال‌های 1957-1958 بعد جدیدی را در زمینه اکتشافات ژئوفیزیکی باز کرد. کشف کمربندهای تشعشعی زمین، متشکل از الکترون‌ها و یون‌های پرانرژی (عمدتاً پروتون‌ها) که توسط میدان ژئومغناطیسی به دام افتاده‌اند، تقریباً بلافاصله دنبال شد [1،2]' این پیشرفت غیرمنتظره باعث علاقه‌مندی مداوم به اکتشافات مغناطیسی کره شد که تاکنون منجر به پرتاب چند صد سفینه فضایی با ابزار دقیق. از زمان کشف آنها، کمربندهای تشعشعی موضوع تجزیه و تحلیل نظری فشرده نیز بوده است. در طول سالها، درک نیمه کمی از فرآیندهای دینامیکی حاکم به تدریج تکامل یافته است. چارچوب سینماتیکی زیربنایی نظریه کمربند تشعشعی توسط نظریه آدیاباتیک حرکت ذره باردار [3J] ارائه شده است، و پدیده‌های دینامیکی جالب با نقض یک یا چند مورد از تغییرات سینماتیکی حرکت آدیاباتیک مرتبط هستند. از جمله مهمترین فرآیندهای دینامیکی عملیاتی، آنهایی هستند که به صورت تصادفی بر روی ذرات کمربند تشعشعی عمل می کنند. چنین فرآیندهای تصادفی منجر به انتشار توزیع ذرات با توجه به متغیرهای آدیاباتیک می شود. داده‌های مشاهده‌ای نشان می‌دهد که نوعی از انتشار ذرات نقش اساسی تقریباً در هر جنبه از کمربندهای تابشی دارد.

The advent of artificial earth satellites in 1957-58 opened a new dimension in the field of geophysical exploration. Discovery of the earth's radiation belts, consisting of energetic electrons and ions (chiefly protons) trapped by the geomagnetic field, followed almost immediately [1,2]' This largely unexpected development spurred a continuing interest in magnetospheric exploration, which so far has led to the launching of several hundred carefully instrumented spacecraft. Since their discovery, the radiation belts have been a subject of intensive theoretical analysis also. Over the years, a semiquantitative understanding of the governing dynamical processes has gradually evol­ ved. The underlying kinematical framework of radiation-belt theory is given by the adiabatic theory of charged-particle motion [3J, and the interesting dynamical phenomena are associated with the violation of one or more of the kinematical invariants of adiabatic motion. Among the most important of the operative dynamical processes are those that act in a stochastic manner upon the radiation-belt particles. Such stochastic processes lead to the diffusion of particle distributions with respect to the adiabatic invariants. The observational data indicate that some form of particle diffusion plays an essential role in virtually every aspect of the radiation belts.