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最后更新:2025年10月2日

范艾伦辐射带:抵御宇宙粒子的屏障

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范艾伦辐射带:1958年发现的两条巨大辐射带。2012年,范艾伦探测器的观测显示,有时会出现第三条辐射带。图中黄色和绿色部分即为辐射带,这些是范艾伦辐射带之间的空间。大部分辐射沿磁层流动,不会到达地球表面,但少量辐射会从地磁场最薄弱的南北两极渗入,对应一个被称为"极光带"的环形区域,位于磁纬度65°至75°之间。图片来源:NASA / 范艾伦探测器 / 戈达德太空飞行中心。

范艾伦辐射带:深入辐射核心之旅

美国宇航局的双范艾伦探测器于2012年8月30日发射,揭示了地球周围存在一个新的辐射带。该任务在这些危险的太空区域中发现了一个此前未知的第三辐射带。范艾伦探测器由两颗相同的卫星组成,它们在太空中被战略性地分开,以便更好地探测事件、绘制该区域地图、记录高能粒子,并追踪从辐射带逸出的磁波。

磁层由詹姆斯·范艾伦(1914-2006)于1958年通过美国第一颗卫星“探险者1号”上的盖革计数器测量数据描述。正是在这一时期,这一被称为范艾伦辐射带的太空区域被发现。

受太阳风暴影响的范艾伦带由两个不同特性的辐射部分组成。第一个部分最靠近地球,位于海拔700至10,000公里之间,主要由高能质子组成。第二个部分则是更大的外层区域,位于海拔13,000至65,000公里之间,由高能电子组成。这一发现揭示了地球辐射带的动态和变化特性。事实上,这第三个辐射带持续了四周后便消失了,据科罗拉多大学REPT项目首席研究员丹尼尔·贝克称,它可能被另一道冲击波——即2012年8月31日太阳爆发的冲击波——所湮灭。

范艾伦辐射带:太空探索的挑战

两个范艾伦探测器拥有大致相同的偏心轨道。这些轨道覆盖了辐射带的整个辐射区域。首个双航天器分析范艾伦带所收集的数据于2013年2月28日星期四发表在《科学》杂志上。探测器搭载的REPT(相对论性电子质子望远镜)仪器揭示了范艾伦带的第三个独特结构,在两个外带之间出现了第二个空区。科学家们在强大的冲击波撞击磁层期间,对第三个辐射带进行了四周的观测。这些观测由来自LASP、NASA戈达德太空飞行中心、洛斯阿拉莫斯国家实验室以及新罕布什尔大学地球研究所的科学家们完成。

范艾伦辐射带:保护与威胁之间

大部分太阳能以电磁辐射的形式释放到太空中,主要是可见光,但太阳也会发射出一股带电粒子流,即太阳风。 这种太阳风与行星的磁层发生强烈相互作用,并通过将气体和尘埃喷射出太阳系,帮助清理行星际空间。

太阳爆发持续向太空释放高能粒子,偶尔会有一团放射性且过热的等离子体气泡抵达地球。所有太阳向地球发射的高能粒子均以高速运动,并持续被带回磁层的两极。因此,太阳风从未直接冲击地球表面。

这个磁泡保护我们免受致命的太阳辐射。在范艾伦辐射带中,高能粒子(质子和电子)根据磁场强度在地球周围排列。这个磁场像盾牌一样,偏转太阳风的电流,使其流向磁层外部。即使是短期暴露在范艾伦辐射带最密集的通量中,对人类也是致命的。

极少有人曾身处磁层的另一侧,直面致命的太阳辐射;只有那些前往月球的阿波罗号宇航员穿越了范艾伦辐射带。即便有防护屏蔽,宇航员们的暴露时间也被限制在不到一小时。

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