全部 自然 健康 生物 人文 日报 科研干货 文献云
高能电子无法逾越的天然屏障
来源 : 科学之家   发布时间 : 2015-01-06 14:05
有两条环绕地球的高能粒子辐射带被称为“范艾伦辐射带”(Van Allen radiation belts),科学家在辐射带中发现了一道阻止超高速高能电子直达地球的屏障。
 
图片说明:地球周围环绕着一圈被称为等离子层(图中紫色部分)的寒冷带电气体,等离子层与地球辐射带(图中灰色部分)中的粒子相互作用,形成一道难以逾越的屏障,阻止高速粒子接近地球。图片来源:NASA/Goddard
 
范艾伦带由地球磁场捕获的带电粒子形成。它随着太阳能量的变化而盈亏增减,因此有时会对近地卫星造成辐射。范艾伦带中的屏障区域是由NASA 2012年8月发射的范艾伦探测器(Van Allen Probes)发现的。这一研究成果发布于2014年11月27日的Nature杂志。
 
科罗拉多大学(University of Colorado)宇宙学家、该论文的第一作者Dan Baker说:“范艾伦带最明显的特征就是可以阻碍超高速粒子。之前我们无法精确测量高能粒子,现在我们可以通过范艾伦带进行研究。”
 
通过研究辐射带的形状及伸缩变化的原因,科学家可以预测辐射带的形状及伸缩变化,并进一步研究防止人造卫星遭受辐射的方法。
 
美国1958年发射的探险者一号(Explorer 1)地球人造卫星发现了范艾伦带,这是太空时代最早的发现之一。在随后的几十年里,科学家发现这两条辐射带的形状会不断变化——有时合并,有时甚至形成三条辐射带。一般情况下,内范艾伦带从地球表层400英里处到6000英里处,外范艾伦带从8400英里处到36000英里处。
 
两条辐射带之间是几近虚无的空间,那么是什么使两条辐射带互相分离?又是什么原因导致带间没有电子?
 
不得不提最新发现的屏障区域。范艾伦探测器数据显示,外带的内边缘功不可没。最高速高能的电子到了这里都会被挡住,一般的电子更是无法穿透。
 
该论文的共同作者、科学家Shri Kanekal说道:“高能电子只能在一定距离外接近地球,这是我们完全没有想到的全新发现。”
 
研究人员在寻找可能的成因,但他们排除了障碍带由人为产生这种情况。他们还考虑了物理原因,难道是地磁导致的?不过这个推测也同样被科学家排除。也许是因为其它粒子的存在?这倒很有可能。
 
辐射带并非环绕地球的唯一粒子结构。地球大气层最外部,有一片寒冷、带电的粒子云,叫做等离子层,它从地球上空约600英里处一直延伸到部分外范艾伦带。等离子层外部的粒子将外范艾伦带的粒子不断散射,并驱离范艾伦带。
 
这种散射效果较弱,并不足以阻挡电子,但结合范艾伦带的奇特几何形状,屏障得以形成。辐射带上的电子速度很快,但并非指向地球,而是环绕地球。范艾伦探测器数据显示,在指向地球的方向上,高能电子的速度很小,这使得等离子层的散射作用产生效果。
 
这也解释了在强烈的太阳风或日冕物质抛射将大量物质吹进近地球空间这种极端条件下,电子为何会越过外范艾伦带进入内外带之间的虚无空间。
 
Baker说:“等离子层的散射作用可以在外范艾伦带的内缘形成一道屏障,但强烈的太阳风会导致屏障内移。”
 
大量的太阳粒子会侵蚀等离子层外部,导致其边界内缩,从而使外范艾伦带上的电子进入内外带之间的虚无空间。(科学之家,译审:JY Chen)


关注科学之家微信公众号:科学HOME (长按复制) 收取新鲜科学资讯。投稿请点击
下载APP 收藏
相关阅读
电子 太阳活动
NASA航天器为研究太阳大气层提供最新信息
地球大气中的放射性尘埃与电磁波有关
系外行星环境没那么糟糕
硅晶体中的高速电子
电子如何引发原子及分子跃迁
点击进入 [ 生物 ] 频道 >
推荐文章
女博士的内心独白:在实验不顺后悔读博时 我遇到了Mr Right
高校去行政化,这块难啃的骨头上到底附了多少肉?
文科博士们,没有打通这五关的心态千万别读博