走近辐射带

《潘多拉》等电影的热播除了带给人们对于核电的反思外，也给人们带来了对辐射深深的焦虑。许多人如今难免会“谈辐射色变”。今天我们要讲的话题正是和辐射有关，不过我们要讲的辐射不是地面上的辐射，而是天上的辐射——辐射带。

其实许多人对辐射只是一知半解，人们往往把辐射当成一种虚无缥缈的东西，一种看不见、摸不着但能够“杀人于无形”的利器。实际上，辐射也是一种实实在在存在的物质：辐射是由一个源头发出的电磁能量中一部分脱离场源向远处传播，而后不再返回这个源头的现象，能量以电磁波或粒子(如阿尔法粒子、贝塔粒子等)的形式向外扩散。

辐射

我们知道，世界万物都是由微观粒子组成的，在某些特定条件下，组成物质的微观粒子会发生变化。第一类变化是：微观粒子本身从它属于的那部分物质逃了出来，比如阿尔法粒子和贝塔粒子，向着远离它们原来所在的物质的方向逃走了；第二类变化是：微观粒子产生了电磁波，向远处扩散开，不再返回。我们把这两种情况产生的粒子或者电磁波统称为辐射。不难看出，并不是所有的辐射都会对人体造成损害，光也是一种电磁波，但是普通的光会对人体造成危害吗？

对人体有害的辐射主要是电离辐射，顾名思义，电离辐射就是能引起物质电离的辐射。当物质接触到这种辐射之后，构成物质的微观粒子就会分解成带正电的部分和带负电的部分。电离辐射的种类包括但不限于：阿尔法粒子、贝塔粒子以及质子等等。

那么，辐射带是什么呢？不妨想象一下我们所在的蔚蓝的星球——在地球周围，一颗月亮和数不清的人造卫星在绕着地球不知疲倦地旋转，除此之外，地球周围似乎空无一物。但实际上，在地球周围运动的不止有月球和人造卫星，还有我们之前提到的辐射。

范艾伦辐射带

当然，能够在地球周围运动的辐射有一个共性是——它们都是带电粒子。这并不难理解，我们知道，月球和人造卫星能够绕地球旋转是因为万有引力给它们提供了向心力。辐射粒子想围绕地球运动就也要有向心力，巧的是，地球存在磁场，磁场对带电粒子有洛伦兹力的作用，因此，带电粒子在洛伦兹力的束缚下便乖乖待在了地球的身边。如果粒子不带电的话，洛伦兹力不复存在，无法提供向心力，粒子自然也就不会留在地球的周围。

我们把行星周围空间中存在的大量被行星磁场捕获的高能带电粒子的聚集区叫做辐射带。地球的辐射带是科学家詹姆斯·范艾伦于1958年发现的，因此人们也把地球的辐射带叫做范艾伦辐射带。

辐射带粒子的来源主要是被磁场俘获的太阳风粒子与宇宙射线高能粒子。太阳风粒子是由于太阳活动产生而逃逸的高能带电粒子，宇宙射线高能粒子来自遥远的宇宙深空，比如当超新星爆发的时候，就会产生大量的宇宙射线高能粒子。当高能带电粒子来到地球身边时，地球的磁场就会将它们牢牢地“抓住”，进而使它们在地球周围运动，粒子日积月累，逐渐形成了现在的地球辐射带。

除了地球具有辐射带，其他凡是具有磁场的行星往往都存在辐射带，二十世纪以来，人类通过发射探测器对太阳系内行星进行了相关探索，证实了这一论断。以土星为例，人类相继发射了旅行者一号、旅行者二号、先驱者十一号，以及最近的卡西尼号等一系列探测器对土星进行探测，证实了土星辐射带的存在。其中卡西尼号是装备最先进、最齐全的一个。卡西尼号搭载了低能磁层测量系统、磁能质谱仪、离子中性照相机等各种设备，对土星展开了全面而系统的探索，揭开了土星辐射带的面纱。从探测的结果来看，土星辐射带的分布是：离行星表面越近，辐射粒子越多，与地球辐射带大体类似。

卡西尼号的卡通画

土星辐射带与地球辐射带同样存在差异。我们知道，土星拥有美丽的土星环，那么土星环对土星辐射带的分布有没有影响呢？答案是肯定的，由于土星环的存在，土星周围实际上是有两个辐射带的，如下图所示，在土星表面附近，土星环内侧的辐射带叫内辐射带；土星环之外的、分布更广的辐射带叫外辐射带。土星环阻挡了粒子的运动，内辐射带的粒子出不来，外辐射带的粒子进不去，这两个辐射带可以说是相互独立、互不干扰的。

土星辐射带

行星辐射带的研究是未来行星探测持续的话题。无论是地球辐射带、土星辐射带、其他太阳系行星的辐射带，乃至太阳系外行星的辐射带，对它们的研究都在帮助我们揭示行星辐射带的一般规律，对人类未来走向深空不可谓不重要。最后还是以那句老话——我们的未来是星辰大海。

文案 | 墨克

编辑 | 墨克

审核 | 墨克

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