大学物理 ›› 2023, Vol. 42 ›› Issue (7): 53-.doi: 10.16854/j.cnki.1000-0712.220290
董顺成,郭芳侠
DONG Shun-cheng, GUO Fang-xia
摘要: 基于单粒子轨道模型和地磁场偶极子模型,考虑相对论效应,对近地球区域磁场中运动的带电粒子轨迹使用Mathematica软件中六阶龙格—库塔算法进行数值计算和模拟,并对极光现象的产生进行了解释,同时讨论了带电粒子在地磁场中运动的引导中心近似.结果表明:1) 从地球北极方向观察,被地球磁场捕获的质子沿顺时针方向漂移,电子沿逆时针方向漂移;2) 粒子各个分运动的运动周期数值模拟结果与文献中理论值非常吻合;3) 从(4Re,0,0)入射的粒子投掷角小于7.38°时,带电粒子将会与地球表面大气层碰撞而沉降,存在产生极光现象的可能.大于7.38°时,粒子将会被束缚在地磁场中,形成辐射带;4) 其他条件相同时,带电粒子投掷点距离地球越远,其漂移速度越大;投掷角越大,其漂移速度也越大;5) 对于能量较低的粒子,一阶近似下引导中心轨迹能很好地代表粒子实际运动轨迹.