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揭环地球粒子飓风之谜 加速度12小时暴增千倍

http://www.kexue.com 2013-08-07 10:26:28 新浪科技  发表评论


艺术概念图,展示了1958年首次发现的范艾伦辐射带

2012年,美国宇航局发生了两颗范艾伦辐射带,从不同角度同时对范艾伦辐射带进行研究

  在对太空中的带电粒子进行观测时,科学家发现了环绕地球的“粒子飓风”。这些高能带电粒子是所谓的范艾伦辐射带的一部分。范艾伦辐射带由地球磁场俘获的带电粒子构成,形成两个环绕地球的同心环。

  自1958年首次发现范艾伦辐射带以来,天文学家一直在追踪粒子的这种超级加速度的源头。由于高能粒子的惊人加速度,如果卫星要在辐射带内逗留很长时间,就不得不安装防护盾以保护敏感组件。美国宇航局的两颗太空探测器获取的数据显示,这些粒子可能因局部加速效应增加动力,整个过程与地球温暖海水蒸发驱动飓风类似。

  这一理论可以解释范艾伦辐射带为何会改变形状,因为粒子数量在不同条件下增多或者减少。太空学家认为这是一项非常重要的发现,原因就在于可用于解释环绕土星和木星以及类日恒星的高能辐射带。环绕地球的辐射带是美国爱荷华州大学科学家詹姆斯-范艾伦1958年发现的。当时,他参加了美国的第一项太空任务。

  一些研究人员认为这些辐射环内的电子来自于地球磁气圈。磁气圈是环绕地球的一个太空区域,里面的带电粒子受到地球磁场的束缚。在靠近地球过程中,由于受到的磁场强度增大,这些粒子以更大速度移动并进入一个环绕轨道。这种加速过程需要几周时间并且只出现在逐渐变化和增长的辐射带。

  上世纪90年代,卫星发现了范艾伦辐射带的能量和形状以比最初估计更快的速度发生改变。这一发现孕育出有一种理论,即带电粒子并非来自于地球磁气圈,而是辐射带内电场剥离附近原子的电子并对其进行加速的结果。

  2012年8月,宇航局发射了两颗范艾伦探测器,从不同角度同时对范艾伦辐射带进行研究。在一次太阳风暴吹走辐射带内的绝大多数电子之后,两颗探测器发现电子数量在12小时内暴增了1000倍。科学家认为这证明电子一定来自于辐射带内,而不是随着时间推移逐渐增多。

  研究论文合著者、美国新罕布什尔州大学的哈兰-斯宾塞在接受《自然》杂志采访时指出:“我们已能够区分粒子不同的加速方式。这个辐射带是进入太空时代的第一项发现。范艾伦探测器能够观测到这一过程的心脏令人感到非常兴奋。”德克萨斯州西南研究所的物理学家大卫-麦克科玛斯指出:“如果局部加速的高能粒子出现在范艾伦辐射带的心脏地带,土星和木星周围更剧烈的辐射带可能也是这种情况,甚至就连太阳系外磁星周围的行星也是如此。”(孝文)

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