范艾伦辐射带是什么?首先范艾伦是个人名，该辐射带是以他的名字来命名的。总所周知地球磁场会捕获了大量的高能粒子，这些粒子最终会聚集成长而宽的条带，如一个巨大甜甜圈一般包裹住地球。这条辐射带是1958年美国的第一颗人造卫星探索者1号发现的。由于项目的领导者是爱荷华大学的James Van Allen，这条辐射带最终以他的名字命名，这就是范艾伦辐射带的由来。在1958年1月31日发射的探索者1号上，Van Allen使用的宇宙射线探测器非常简单——只是一个盖革计数器(一种检测辐射的仪器)和一个磁带存储器。在1958年后续的3次太空任务——探索者3号、探索者4号和先锋3号里，跟进的实验确定了有两条辐射带环绕地球。其示意图如下：
2012年，美国航天局发射了一对探测器以详细地研究它们，这是有史以来第一次有两艘航天器同时观测辐射带，它们能彼此交换信息以获得更多的数据
几十年来辐射带的模型都是这么简单。可是很多事情，并不如我们想象中的简单，所以2012年，美国航天局发射了一对探测器以详细地研究它们，这是有史以来第一次有两艘航天器同时观测辐射带，它们能彼此交换信息以获得更多的数据，并有了成效。
范艾伦探测器(原名“辐射带风暴探测器”)有数个观测目标，包括探索辐射带内粒子(离子和电子)是如何加速和转移的;电子在辐射带中是如何消失的;地磁风暴发生时辐射带是如何变化的。整个任务原计划持续两年，但是截止2016年8月时，探测器在超出预计寿命两倍后仍能正常工作。
观测工作的一个关注点是范艾伦带的位置。我们已经知道辐射带会在太阳活动加剧时膨胀。在探测器发射前，科学家认为内辐射带是相对稳定的，只有在膨胀时，才会扩散到国际空间站和一些人造卫星的轨道上。而外辐射带则会时有涨落。一般科学家会花几个月来校准仪器。但是相对论电子质子望远镜的团队在发射后几乎是马上(3天后)就要求启动他们的仪器。他们这么做的原因是希望比较在另一个航天器——太阳能、异常和磁层粒子探测器(SAMPEX)脱离轨道再入大气层前后的结果。
美国航天局在2013年2月表示，这是一个幸运的决定。当仪器一开机，就赶上了太阳风暴导致辐射带膨胀。以前从未有人观测到如此的景象，粒子拥有了新的特性，表现出额外的一条延伸进入空间的辐射带。航天局还补充说，发射后不到几天的时间里，范艾伦探测器就为科学家们带来了一些可能改写教科书的发现。
探测器收集到的数据还表明，辐射带保护了地球免遭高能粒子的袭击。文章的主要作者，科罗拉多大学的Dan Baker表示，由于此前我们没有针对高能电子的高精度测量仪器，这次通过范艾伦探测器我们才得以第一次研究它们。现在我们可以说辐射带的一个重要功用就是阻挡了超快电子。
新的发现能帮助科学家改进辐射带的模型。但是探测器还在不断地做出新发现。在2016年1月科学家们发现辐射带表现的形状取决于我们对何种电子进行观测。这意味着两条辐射带要比先前的预测复杂的多。根据观测电子类型的不同，辐射带可以表现为单一辐射带，两个独立的辐射带或是只有外辐射带(完全没有内辐射带)。
本文要和大家分享的是2015年3月的地磁风暴是近十年来最强的一次地磁风暴，不过相比于1991年的地磁风暴来说，简直是小巫见大巫了。辐射带会对探测器和宇航员造成危害，所以我们升空的时机需要把握好。同时也需要研制出更好的防辐射设备和措施。
NASA在2012年发射了两个范艾伦探测器以研究造成这种恶劣环境的基本物理过程，有助于科学家建造更好的辐射带模型
据国外媒体报道，地球处于范艾伦辐射带中心，2015年3月17日，日冕物质抛射(CME)产生的震荡波冲击了地球的磁层，引发了近十年来最大的一场地磁风暴。NASA的范艾伦探测器观测了此事对辐射带的影响，这是空间气候中一个常见的形态，当磁层收到短暂而突然的干扰时，就会产生地磁风暴。这类事件同样可以对地球周边的辐射带造成影响，但研究者们很难观测到具体发生了什么。
在2015年3月的那场地磁风暴中，其中一个范艾伦探测器刚好在辐射带附近的轨道上，极为难得的观测到了这个从未见过的现象。范艾伦探测器科学家David Sibeck表示，我们研究辐射带是因为它们会对探测器和宇航员造成危害，一旦知道了辐射可能会造成多大的危害，我们就可以制造更好的探测器来抵御。
研究辐射带是我们在监视、研究、了解太空气候中的重要部分。NASA在2012年发射了两个范艾伦探测器以研究造成这种恶劣环境的基本物理过程，有助于科学家建造更好的辐射带模型。探测器被特地建造为能够忍受辐射的持续冲击，甚至在更恶劣的环境下也能继续收集数据。范艾伦辐射带是位于地球磁层中的高动态结构，会随着这类事件和太阳辐射的影响膨胀或收缩。有时，近地空间的环境变化会使这块区域的电子充能，科学家还不知道这些由星际震荡而产生的充能现象是否普遍存在。
无论如何，这些星际震荡的影响都是非常局部的现象，也就是说如果事件爆发时探测器刚好不处于影响范围内，该现象就不会被记录下来。当震荡波冲击辐射带外围时，探测器观测到一个电子脉冲突然被充能至超高速(接近光速)。这类电子寿命通常很短暂，并且能量会在几分钟内迅速消散。但五天后，由风暴造成的其他影响早就销声匿迹之后，范艾伦探测器依然探测到高能电子的数量还在增加。
范艾伦探测器科学家Shri Kanekal表示，震荡波将电子推出磁层边缘区域，在这个过程中，电子会获得能量。辐射带中的电子能通过许多方式获得能量或获得加速：径向加速、本地加速、通过震荡波加速。径向加速是指，低频波携带电子向地球前进;本地加速是指，当电子围绕地球运转时，从相对频率较高的波中获得能量;通过震荡波获得加速则是由于星际震荡波突然压缩地球磁层，制造出大面积电场，使电子迅速充能。
科学家们分别研究各个过程来了解每个过程在电子充能中扮演了什么角色。解决这个问题并不容易，另外电子充能的程度取决于它们是通过什么过程充能的。可以把由震荡波引起的加速比拟为推动秋千。把“推动”想象成增加能量的过程，用的推力越多，秋千就荡的越高。在这个情况下，这些额外的推力很可能会造成高能电子的第二个峰值。当震荡造成的电磁波在磁层中徘徊时，它们会持续增加电子的能量。地磁风暴越强，这个过程就越持久。
2015年3月的地磁风暴是近十年来最强的一次地磁风暴，但与一些更早期的风暴比起来就相形见绌了。1991年3月的电磁风暴造成了充满能量的电子在辐射带中存在了数年之久。运气好的话，未来范艾伦探测器在恰当的位置上观测到更强大的地磁风暴会对辐射带造成什么影响。
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