范艾伦探测器观测到地球超高能辐射带

文章作者:lili | 2016-08-17
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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。

范艾伦探测器观测到地球超高能辐射带

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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