Van Allen辐射带由高度活力的带电粒子组成，该粒子被捕获在地球的磁场中。这些颗粒遵循场的形状，并使皮带类似甜甜圈的外观。为了研究van allen皮带中的颗粒的行为，科学家可以使用粒子描绘模块，加载产品到COMSOLMultiphysics®软件。188金宝搏优惠
什么是van allen腰带？
以詹姆斯·瓦伦德以詹姆斯范艾伦命名的van艾伦布尔茨是两个环绕地球的散热带。从大约1000到60,000公里向外延伸，这些皮带的尺寸波动，有时在几个小时的过程中在大量的情况下扩大和缩小。
地球周围的内（浅灰色）和外部（深灰色）范艾伦腰带。地球郡的投影基于M.J. Brodzik和K.W.的图像基于图像。懂事（参考。1）。
虽然研究了这些皮带的形状和大小仍在进行的影响，但科学家多年来取得了重大突破。2012年，美国宇航局推出了范艾伦探针，这表明了皮带的复杂性。对于研究人员的惊喜，探针检测到临时的第三带（由太阳风暴引起），这在几周内消失了。该团队还了解到，只有皮带内的一些颗粒影响形状，而其他人则始终存在。
由于皮带的复杂性，重要的是清楚地了解基本物理学。利用粒子描绘仿真，研究捕获在地球磁场中的颗粒的运动很简单，看看它们是如何给腰带的独特形状。
地球磁场中颗粒的运动
地球的磁场是广泛的，周围的行星千公里。该字段类似于偶极子，尽管存在一些不对称和不规则性。因为磁场负责捕获颗粒并且它们遵循其形状，因此科学家对该领域的准确模型很重要。该标准当然是国际地磁参考领域（IGRF），定期更新基于最新调查结果。
仿真在地球周围的范艾伦布尔茨。地球仓库的投影取自参考文献中的图像。1.（请注意，通过运行下面讨论的模型来创建此图像以更长的时间间隔创建。）
当粒子进入该字段时，它们开始围绕场线朝向其中一个杆螺旋。当它们接近时，它们的俯仰角（即磁场方向之间的角度和粒子的轨迹之间的角度）由于磁场的幅度增加而增加，导致甜甜圈中心的垂度。具有较高的角度，最终，粒子达到一个点（称为镜子点）它反弹，前往其他半球。如果粒子不会损失到大气中，则图案仍在继续，并且颗粒从一个场线漂移到下一个场线，逐渐在地球周围进行途径。
使用IGRF模型模拟粒子的运动
该3D示例检查了粒子，特别是质子，在地球磁场中捕获的路径。该模型包括一个简单的半径球体R.E.，表示地球，以及半径5的较大的球形模拟领域R.E.，计算粒子轨迹。
地球周围的磁场域。请注意，在模型中，地球由一个简单的球体表示。在这里，地球船只的投影是从参考的图像中取出的。1。
为了快速计算磁场，可以使用外部功能将数据从IGRF与模拟结合到模拟中。访问此数据使用内置简单地球磁场选项在磁力功能，可用带电粒子追踪界面和流体流动的粒子跟踪界面。在这里，这带电粒子追踪接口与时间依赖的研究一起使用。
磁场线基于来自IGRF的数据，而地球的Landmass基于REF中的图像。1。
另一个特征，命名从网格中释放，使其在特定赤道桨距角易于模拟质子的释放。在该模型中，10MeV质子的赤道桨距角设定为30°。
检查粒子跟踪模拟的结果
仿真显示了质子运动的三个组件：
- 戈登
- 弹跳
- 漂移
虽然在下面没有显示，漂移运动的时间尺度远比弹跳运动的时间长得多，这又比旋转时间长大。
地球磁场中质子的轨迹。
科学家们还可以使用这样的模型来看看各种赤道间距角度在镜子点纬度上的效果。正如所预期的那样，镜子点纬度随着粒子的俯仰角减小而增加。在图的极限下，在赤道平面中，具有90°的赤道俯仰角的颗粒保持在赤道平面中，而具有0°的俯仰角的颗粒直接沿着场线行进而不会弹跳。如果没有反弹，粒子朝向地球落下以形成一个极光。
左：多个被捕获的质子的轨迹，颜色表达式与不同的赤道间距角度相对应。右：针对颗粒的赤道螺距角度镜像横向纬度。
要更好地可视化结果，可以创建动画。下面的一个描绘了被困质子的运动，示出了粒子的俯仰角如何在杆附近增加。您还可以看到粒子的运动如何创造皮带的签名甜甜圈形状的开始。
van allen腰带的被困质子的动画。地球郡土地的投影基于参考的图像。1。
通过粒子描绘模拟，科学家们可以更好地了解van艾伦布尔茨中粒子的行为，将来更复杂的研究的重要信息。
下一步
如果您想尝试在地球磁场中建模质子的运动，请单击下面的按钮。这样做会带您到应用程序库，您可以在那里登录COMSOL访问帐户，然后获取教程文档和MPH文件。188金宝搏优惠
额外资源
- 阅读更多关于粒子跟踪模拟的更多信息光束物理博客系列中的相空间分布
- 了解如何添加自定义粒子粒子交互力旋转Galaxy教程
参考
- Brodzik，M. J.和K. W.诺克尔斯。2002. EASE-GRID：M. Goodchild（ED）中的一组相等区域预测和网格。离散全球网格。Santa Barbara，加利福尼亚州美国：国家地理信息与分析中心。
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