美国宇航局探测器揭示了范艾伦辐射带中粒子加速的来源

作者:毕劂

<p>美国宇航局双胞胎范艾伦探测器最近的观测表明,地球周围辐射带中的粒子被局部能量加速,有助于解释这些粒子如何达到光速的99%</p><p>图片来源:G Reeves / M Henderson使用来自美国宇航局的Van Allen探测器的数据显示,科学家已经发现围绕地球的范艾伦辐射带心脏中的电子如何加速到光速的99%以上科学家们发现了一个巨大的粒子加速器位于最严酷的地区之一的心脏近地空间,一个围绕地球的超能量带电粒子区域称为范艾伦辐射带科学家们知道太空中的某些东西会加速辐射带中的粒子,光速超过99%,但它们没有知道那是什么东西美国宇航局的Van Allen探测器的新结果现在表明加速能量来自于内部皮带内部的粒子被局部能量加速,使粒子以更快的速度振动,就像在移动的挥杆上完美定时推动一样,发现粒子被局部能量源加速,这类似于发现飓风从当地的能源中生长,例如温暖的海水区域在辐射带的情况下,源是强电磁波的区域,从位于同一区域的其他粒子中获取能量知道加速度的位置将帮助科学家改进太空天气的预测,因为辐射带的变化可能对地球附近的卫星造成危险结果于2013年7月25日发表在“科学”杂志上为了让科学家们更好地了解这些带,Van Allen探测器的设计目的是直接通过这个激烈的空间区域当2012年8月启动任务时,它有一个顶级目标来了解皮带中的颗粒如何加速到超高能量,以及粒子有时如何逃逸通过确定这种超快速加速来自这些局部能量,而不是更全球化的过程,科学家们已经能够明确地回答其中一个重要问题</p><p>第一次“这是范艾伦探测器最令人期待和令人兴奋的结果之一,”美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心的范艾伦探测项目科学家大卫·西贝克说:“这是我们为什么会这样做的原因发射任务“辐射带是在发射第一批成功进入太空的美国卫星发射后发现的,探险者I和III很快意识到这些带是航天器可以经受的最危险环境</p><p>大多数卫星轨道都被选中躲在辐射带下面或在它们外面的圆圈,一些卫星,如GPS航天器,必须在两条带之间操作W由于进入太空天气,皮带膨胀,它们可以包围这些航天器,使它们暴露在危险的辐射下确实,航天器上的大量永久性故障都是由辐射引起的</p><p>有足够的警告,我们可以保护技术免受最坏的后果,但是只有当我们真正了解这些神秘皮带内部发生的动态时才能实现这样的警告“直到20世纪90年代,我们才认为范艾伦皮带的表现非常好并且变化缓慢,”杰夫里夫斯说,新墨西哥州洛斯阿拉莫斯洛斯阿拉莫斯国家实验室的纸张和辐射带科学家“然而,随着越来越多的测量,我们意识到辐射带的变化有多快和不可预测它们基本上从不处于平衡状态,而是处于不断变化的状态“事实上,科学家们已经意识到皮带甚至不会一直变化,以应对看起来类似的刺激</p><p>某些太阳风暴导致腰带加剧;其他因素导致腰带耗尽,有些似乎几乎没有任何影响这些明显相似事件的不同影响表明,这个区域比以前想象的要神秘得多 - 并且最终预测 - 太阳风暴会加剧辐射皮带,科学家们想知道加速粒子的能量来自何处 双Van Allen探测器旨在区分将粒子加速到如此惊人的速度的两种广泛可能性:径向加速度或局部加速度在径向加速度中,粒子垂直于围绕地球的磁场传输,来自低磁场区域远离地球的强度接近地球的高磁场强度物理定律规定,当磁场强度增加时,这种情况下的粒子速度会加快所以当粒子向地球移动时速度会增加,就像岩石一样滚动下山只是由于重力而收集速度局部加速理论认为粒子从局部能源获得的能量更类似于热海洋水在其上方产生飓风的方式</p><p>地球周围的两个粒子称为辐射带之一太阳系中最大的天然加速器,能够将颗粒推高至99%t光速的速度范艾伦探测器于2012年8月发射,现已发现这种加速背后的机制图片来源:NASA /戈达德/科学可视化工作室为了帮助区分这些可能性,范艾伦探测器由两个航天器组成,有两组观测科学家可以同时测量两个空间区域的粒子和能量来源,这对于区分局部发生或远距离发生的原因至关重要</p><p>此外,每个航天器都配备有传感器来测量粒子能量和位置并确定俯仰角 - 也就是说,相对于地球磁场的运动角度所有这些都将根据作用于它们的力量以不同的方式发生变化,从而帮助科学家们区分理论配备这些数据,里夫斯和他的团队观察到能量快速增加2012年10月9日的高能电子在辐射带中如果加速这些电子由于径向传输而发生,人们可以测量从地球开始向前移动并且由于周围场地的形状和强度而向内移动的效果</p><p>在这种情况下,在磁场中移动的粒子自然地从一个像素跳到另一个像素级联,沿途收集速度和能量 - 与岩石滚下山坡的情景相关但观测结果并没有显示出远离地球形成的强化并逐渐向内移动而是显示出能量的增加辐射带的中间并逐渐向内和向外扩散,这意味着一个局部加速源“在这种特殊情况下,所有的加速都发生在大约12个小时内,”里夫斯说“通过以前的测量,一颗卫星可能只是能够飞过这样的事件一次,并没有机会目睹实际发生的变化随着范艾伦探测我们有两个状态llites等可以观察事物的变化以及这些变化的开始“科学家们相信这些新的结果将导致对复杂事件链的更好预测,这些事件将辐射带强化到可以使卫星失效的水平,同时工作表明当地能源来了从电磁波穿过皮带,不知道究竟是哪种波可能是原因在本文所述的一组观测中,范艾伦探测器观察到一种特殊类型的波,称为合唱波,同时也是粒子加速,但必须做更多的工作来确定因果关系“本文有助于区分两种广泛的解决方案,”Sibeck说道“这表明加速可以在当地发生现在研究波浪和磁场的科学家们会跳进去做他们的工作,并找出了什么波提供了推动“幸运的是,这样的任务也将由范艾伦探测器帮助,这是als o精心设计用于测量和区分众多类型的电磁波“当科学家设计探测任务和仪器时,他们研究了科学未知数并说,'这是一个很好的机会解开关于粒子如何的一些基本知识加速,''约翰霍普金斯大学应用物理实验室副项目科学家Nicola J Fox说道,马里兰州劳雷尔 “在双航天器上有五个相同的仪器套件 - 每个都具有广泛的粒子,场和波检测 - 我们拥有有史以来最好的平台,可以更好地理解地球上空的关键区域”应用物理实验室建造和运营美国宇航局科学任务理事会的双人范艾伦探测器范艾伦探测器是由戈达德管理的NASA星际生活计划的第二个任务,探索直接影响生命和社会的连接太阳 - 地球系统的各个方面出版物:GD Reeves ,等,“范艾伦辐射带心脏中的电子加速”,Science,2013; DOI:101126 / science1237743来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心Karen C Fox;美国宇航局图片:....