检验质量是空间引力波测量的核心传感器，宇宙线高能粒子能够穿透航天器屏蔽使其带电。处于自由悬浮状态的孤立带电检验质量在周围电极库仑力和磁场洛伦兹力的干扰下，产生残余加速度噪声对空间引力波科学探测目标造成严重影响。在中科院的TAIJI计划和欧空局的LISA计划中，需要探索银河宇宙线和太阳宇宙线对检验质量的充电机制与变化规律，研究结果将为空间引力波探测计划加速度噪声评估、电荷管理系统的设计和在轨运行提供依据。
中国科学院国家空间科学中心太阳活动与空间天气重点实验室空间天气效应中心研究团队的博士研究生韩瑞龙（第一作者）、蔡明辉副研究员（通讯作者）和韩建伟研究员等人，针对背景银河宇宙射线和偶发的太阳质子事件，采用蒙特卡洛仿真方法开展复杂卫星结构内部检验质量充电机理研究，揭示了不同种类、能量的高能粒子对检验质量充电的机制和规律，并通过提取、处理和分析GOES卫星高能质子探测数据对第24太阳活动周期内所有41次太阳质子事件的充电特征进行系统评估。
研究表明，在太阳活动极小年时，银河宇宙线造成的检验质量充电速率约为39.5 +e/s，其中质子占据主导地位，约占83.26%。在太阳活动极大年时，银河宇宙线造成的检验质量的充电速率约为12.5 +e/s，质子充电率占比约72.96%。可以看出，检验质量充电率的主要贡献来自于银河宇宙线质子和4He。此外，研究定量评估给出第24太阳周期全部41次太阳质子事件对检验质量的充电速率，发现一个太阳周期内的第3至第7年为太阳质子事件充电的高发期。
图1: 宇宙线各粒子的充电率 (a) 太阳活动极小年；(b) 太阳活动极大年
图2: 第24太阳周期41次太阳质子事件的通量和充电率
图3: 第24太阳周期太阳质子事件充电强度分布
该成果得到国家重点研发计划项目的资助，相关成果已发表于Scientific Reports和《物理学报》期刊上。
参考文献：
[1] Han, R., Cai, M., Yang, T. et al. Effect of solar proton events on test mass for gravitational wave detection in the 24th solar cycle. Scientific Reports 13, 9932 (2023). (https://doi.org/10.1038/s41598-023-37005-3)
[2] 韩瑞龙, 蔡明辉, 杨涛, 许亮亮, 夏清, 韩建伟. 宇宙线高能粒子对测试质量充电机制. 物理学报, 2021, 70(22): 229501. (http://dx.doi.org/10.7498/aps.70.20210747)
（供稿：天气室）
