范艾伦辐射带还存在一些我们所不知道的

文章作者:lili | 2016-09-04
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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:

科学家发现范艾伦辐射带还存在一些奥秘

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)。

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