美国科罗拉多州大学研究人员终于揭开地球层宇宙高能粒子区域空间的神秘面纱
在一颗小型轨道卫星的帮助下，美国科罗拉多大学博尔德分校的研究人员揭示出了笼罩在地球范艾伦带的神秘面纱。最新一期的《自然 》杂志发表的这项研究。
“范艾伦带”是围绕在地球周围的两大辐射带，也就是所谓的高能粒子区域。这些大量带电粒子聚集而成的轮胎状辐射层由美国物理学家詹姆斯·范·艾伦发现，并以他的名字命名。范艾伦带粒子的主要来源是被地球磁场俘获的太阳风粒子，这些带电粒子在范艾伦带两转折点间来回运动。当太阳发生磁暴时，地球磁层受扰动变形，而被局限在范艾伦带的高能带电粒子会大量泄出，并随磁力线于地球的极区进入大气层，从而激发空气分子产生美丽的极光。范艾伦辐射带分为内外两层，内外层之间存在范艾伦带缝，缝中辐射很少。，据说它们被我们地球的磁场固定就位。显然，这些带通过捕获其区域内的带电粒子来保护我们免受某些空间最危险的辐射。
1958年1月31日，美国第一颗人造卫星探险者一号升空，当升至800千米高空时，卫星上所载盖革计数器读数突然下降至0。到1958年3月26日探险者三号升空时，又发生了同样的情况。范艾伦认为，这是因为存在极大量的辐射导致计数器达到饱和而失灵造成的。因此，同年7月26日发射探险者四号时，他在计数器前端加入一小片薄铅以阻挡部分辐射。果然，新的卫星证实了他的猜测。
早在20世纪初，挪威数学及天文物理学家斯托默就从理论上证明，地球周围存在一个带电粒子捕获区。它是由地球磁场俘获太阳风中的带电粒子所形成的。一般来说，内辐射带里高能质子多，外辐射带里高能电子多。辐射带对保护地球起着很好的作用，它能俘获从太阳和其他天体向地球射来的高能粒子，使它们不能到达地面，从而避免了高能粒子对人类和其他生物的致命威胁。另一方面，由于辐射带里的高能粒子会对人类身体造成巨大伤害，因此，它又是人类进行星际转移的巨大障碍。
博尔德大气与空间物理实验室李辛林教授
博尔德大气与空间物理实验室(LASP)的李辛林教授(Xinlin Li)领导了这项研究，解决了范艾伦带的许多奥秘，比如它的形成能源和潜在有害颗粒的来源。
这项研究表明，在我们星球的这种辐射带，特别是内边缘附近发现的高能电子 ，起源于超新星 。在一个被称为“宇宙射线反照率中子衰变 ”(CRAND)的过程中，来自爆炸后的恒星，进入地球大气的宇宙射线与中性原子碰撞。这些碰撞形成所谓的飞溅，从而产生包括电子的带电粒子，这些粒子被地球磁场保持锁定在适当的位置。
在1950年代后期发现范艾伦带后不久，俄罗斯和美国的科学家都认为，“宇宙射线反照率中子衰变 ”有可能是将地球磁场中的高能质子锁住的原因。然而，没有人能够成功地检测出在中子衰变过程中应该产生的电子对应物。
借助“科罗拉多州学生空间天气实验卫星”(CubeSat)，李博士的团队终于发现了高能电子的来源。
科罗拉多州学生空间天气实验卫星
这种卫星上特别安装了一个小型高能粒子望远镜，即相对论电子和质子望远镜 ，用于测量太阳能质子和地球辐射带电子的通量。它于2012年用阿特拉斯V型火箭发射升空 。
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