美國科羅拉多州大學研究人員終于揭開地球?qū)佑钪娓吣芰Ｗ訁^(qū)域空間的神秘面紗
在一顆小型軌道衛(wèi)星的幫助下，美國科羅拉多大學博爾德分校的研究人員揭示出了籠罩在地球范艾倫帶的神秘面紗。最新一期的《自然 》雜志發(fā)表的這項研究。
“范艾倫帶”是圍繞在地球周圍的兩大輻射帶，也就是所謂的高能粒子區(qū)域。這些大量帶電粒子聚集而成的輪胎狀輻射層由美國物理學家詹姆斯·范·艾倫發(fā)現(xiàn)，并以他的名字命名。范艾倫帶粒子的主要來源是被地球磁場俘獲的太陽風粒子，這些帶電粒子在范艾倫帶兩轉(zhuǎn)折點間來回運動。當太陽發(fā)生磁暴時，地球磁層受擾動變形，而被局限在范艾倫帶的高能帶電粒子會大量泄出，并隨磁力線于地球的極區(qū)進入大氣層，從而激發(fā)空氣分子產(chǎn)生美麗的極光。范艾倫輻射帶分為內(nèi)外兩層，內(nèi)外層之間存在范艾倫帶縫，縫中輻射很少。，據(jù)說它們被我們地球的磁場固定就位。顯然，這些帶通過捕獲其區(qū)域內(nèi)的帶電粒子來保護我們免受某些空間最危險的輻射。
1958年1月31日，美國第一顆人造衛(wèi)星探險者一號升空，當升至800千米高空時，衛(wèi)星上所載蓋革計數(shù)器讀數(shù)突然下降至0。到1958年3月26日探險者三號升空時，又發(fā)生了同樣的情況。范艾倫認為，這是因為存在極大量的輻射導致計數(shù)器達到飽和而失靈造成的。因此，同年7月26日發(fā)射探險者四號時，他在計數(shù)器前端加入一小片薄鉛以阻擋部分輻射。果然，新的衛(wèi)星證實了他的猜測。
早在20世紀初，挪威數(shù)學及天文物理學家斯托默就從理論上證明，地球周圍存在一個帶電粒子捕獲區(qū)。它是由地球磁場俘獲太陽風中的帶電粒子所形成的。一般來說，內(nèi)輻射帶里高能質(zhì)子多，外輻射帶里高能電子多。輻射帶對保護地球起著很好的作用，它能俘獲從太陽和其他天體向地球射來的高能粒子，使它們不能到達地面，從而避免了高能粒子對人類和其他生物的致命威脅。另一方面，由于輻射帶里的高能粒子會對人類身體造成巨大傷害，因此，它又是人類進行星際轉(zhuǎn)移的巨大障礙。
博爾德大氣與空間物理實驗室李辛林教授
博爾德大氣與空間物理實驗室(LASP)的李辛林教授(Xinlin Li)領導了這項研究，解決了范艾倫帶的許多奧秘，比如它的形成能源和潛在有害顆粒的來源。
這項研究表明，在我們星球的這種輻射帶，特別是內(nèi)邊緣附近發(fā)現(xiàn)的高能電子 ，起源于超新星 。在一個被稱為“宇宙射線反照率中子衰變 ”(CRAND)的過程中，來自爆炸后的恒星，進入地球大氣的宇宙射線與中性原子碰撞。這些碰撞形成所謂的飛濺，從而產(chǎn)生包括電子的帶電粒子，這些粒子被地球磁場保持鎖定在適當?shù)奈恢谩?/p>
在1950年代后期發(fā)現(xiàn)范艾倫帶后不久，俄羅斯和美國的科學家都認為，“宇宙射線反照率中子衰變 ”有可能是將地球磁場中的高能質(zhì)子鎖住的原因。然而，沒有人能夠成功地檢測出在中子衰變過程中應該產(chǎn)生的電子對應物。
借助“科羅拉多州學生空間天氣實驗衛(wèi)星”(CubeSat)，李博士的團隊終于發(fā)現(xiàn)了高能電子的來源。
科羅拉多州學生空間天氣實驗衛(wèi)星
這種衛(wèi)星上特別安裝了一個小型高能粒子望遠鏡，即相對論電子和質(zhì)子望遠鏡 ，用于測量太陽能質(zhì)子和地球輻射帶電子的通量。它于2012年用阿特拉斯V型火箭發(fā)射升空 。
