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近日，北京大学地球与空间科学学院周煦之课题组，联合澳门科技大学月球与行星科学全国重点实验室等多家国内外科研机构，利用我国“澳门科学一号”（Macau Science Satellite-1, MSS1）低轨卫星的高精度中能电子观测数据，首次揭示了由大尺度电场扰动驱动的南大西洋异常区辐射环境的瞬态畸变现象。相关成果以“Transient distortions of the South Atlantic Anomaly radiation environments driven by electric fields”为题，发表于国际著名学术期刊《自然·通讯》（Nature Communications）。
地球辐射带中存在着大量高能带电粒子，对近地空间的航天器和宇航员安全构成了严重威胁。其中，内辐射带通常被认为是一个相对稳定的区域，其粒子动力学主要受地磁场位形的控制。由于地球磁轴的偏心和倾斜以及非偶极子磁场的存在，在南美洲南部及南大西洋海域存在一片磁场强度显著弱于周围的区域，被称为南大西洋异常区（South Atlantic Anomaly, SAA）。在这一区域内，内辐射带的能量电子能够深入至距地表数百公里的高度，造成低轨卫星观测到的高粒子通量，形成传统意义上的SAA辐射区。长期以来，空间天气预报和航天器防护主要依据这一静态或准静态的磁场构型来界定SAA辐射区的边界（图1a）。
图1. 电场扰动驱动南大西洋异常区辐射环境发生瞬态畸变的示意图。
然而，本研究打破了“SAA辐射区边界静态不变”的传统认知。研究团队通过分析“澳门科学一号”卫星的能量电子观测数据，发现在传统的SAA辐射区东侧边界之外，卫星多次观测到了能量电子通量的异常增强，在能量—时间谱图上表现为持续数分钟的“垂直条纹”（图2左）或与传统辐射区无缝衔接的“连续拓展”（图2右）。
图2. “澳门科学一号”卫星观测到的传统SAA辐射区边界外的能量电子通量异常增强事件。
通过理论分析与试验粒子模拟，研究团队揭示了这一反常现象背后的物理机制。当向东漂移的内辐射带电子遇到西向的大尺度电场时，电子会被加速。在第一和第二绝热不变量守恒的约束下，电子能量（动量）的增加必然导致其沿磁力线弹跳运动的磁镜点的磁场强度增加，从而迫使其镜点高度下降（图1b）。换言之，那些原本稳定捕获在卫星轨道上方、不会对卫星造成威胁的能量电子，在大尺度电场的“下拽”作用下，被短暂地推入到了更低的高度，从而被低轨卫星所观测到。进一步地，研究也证实了超低频波所携带的电场扰动能够周期性地调制电子镜点高度，引发SAA辐射环境的周期性畸变。
这一发现揭示了内辐射带动态演化的新的表现形式，证实了能量电子的辐射威胁并非被严格限制在传统的SAA边界内，而是会随着空间电场的变化向外动态延伸，这对低轨航天器的抗辐射设计与在轨安全运行提出了新的挑战。此外，由于内辐射带的大尺度瞬态电场极难被直接测量，本研究也提供了一种全新的“遥感”思路——即利用低轨卫星在SAA辐射区边界附近的粒子观测结合粒子轨道追踪模拟，来有效约束和反演近地空间电场扰动的起始时间、幅度及持续时间等关键属性。
本研究的科学发现得益于我国自主卫星“澳门科学一号”提供的高质量观测数据。作为国际首颗低纬度地磁场与空间环境的科学探测卫星，其搭载了由北京大学空间物理与应用技术研究所自主研发的中能电子谱仪。该核心载荷具有高时间、能量分辨率以及多角度同时测量的优势，能够对近地空间中几十至数百 keV 能量段的电子进行精确测量，为捕捉内辐射带的动态演化提供了支撑。
作者信息：
本论文的第一作者为北京大学2026届博士毕业生尹泽藩，第二作者为澳门科技大学孙翌馨助理教授，通讯作者为北京大学周煦之教授。其他合作者包括北京大学及澳门科技大学宗秋刚教授，北京大学邹鸿教授，澳门科技大学刘鹰助理教授、叶雨光助理教授，中国极地研究中心胡泽骏研究员，日本京都大学Yoshiharu Omura教授以及加拿大阿尔伯塔大学Robert Rankin教授。该研究工作得到了国家自然科学基金、澳门科技大学月球与行星科学国家重点实验室开放课题、国际空间科学研究所（ISSI）国际团队项目等的支持。
论文信息：
Yin, ZF., Sun, YX., Zhou, XZ. et al. Transient distortions of the South Atlantic Anomaly radiation environments driven by electric fields. Nat Commun (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-74984-z
