美国宇航局探头揭示了范艾伦辐射带中的粒子加速源

NASA的双van allen探针最近的观察结果表明，地球周围的辐射带中的粒子被局部能量加速，有助于解释这些颗粒如何达到99％光速的速度。图像

使用来自美国国家航空航天局的范艾伦探针的数据，科学家们已经发现了围绕地球围栏的van allen辐射带的心脏中的电子如何加速到99％以上的光速。

科学家们在近地球空间之一的近地区之一的心脏病中发现了一种巨大的粒子加速器，这是一个超级精力充沛的带电粒子，围绕着凡援助van allen辐射带。科学家们知道空间加速颗粒在辐射带中的东西超过99％的光速，但他们不知道是什么东西。NASA的Van Allen探针的新结果现在表明加速能源来自皮带本身。皮带内的颗粒被局部踢的能量加速，将粒子缓冲到更快的速度，就像一个完全定时的移动摆动。

发现颗粒被局部能源加速的发现类似于飓风​​从局部能源生长的发现，例如温暖的海水区域。在辐射带的情况下，源是强烈的电磁波区域，从位于同一区域中的其他颗粒敲击能量。了解加速的位置将有助于科学家改善空间天气预报，因为辐射带的变化可能对地球附近的卫星风险。结果于2013年7月25日在科学杂志上发表。

为了让科学家更好地了解皮带，范艾伦探针旨在通过这种强烈的空间飞行。当特派团于2012年8月推出时，它有最高级别的目标，可以了解皮带中的粒子如何加速到超高能量，以及粒子有时会如何逃脱。通过确定这一超速加速来自这些当地能量的能量，而不是更全球化的过程，科学家们能够首次确定最明确地回答这些重要问题中的一个。

“这是van allen探究的最受预期和最令人兴奋的结果之一，”瓦纳的戈尔德田径飞行中心在马里兰州Greenbelt的Van Allen Probes项目科学家David Sibeck说。“它迎来了为什么我们推出任务的核心。”

辐射带是在发射的第一个成功的美国卫星送入太空，探险家I和III的推出时发现。它很快意识到皮带是一些最有害的环境，航天器可以体验。大多数卫星轨道被选中在辐射带或外部的圆圈下方，以及一些卫星，例如GPS航天器，必须在两个带之间运行。当皮带由于入境空间天气而膨胀时，它们可以包含这些宇宙飞船，将它们暴露在危险的辐射。实际上，辐射造成了大量的宇宙飞船上的永久性故障。有足够的警告，我们可以保护技术免受最严重的后果，但如果我们真正了解这些神秘带内发生的动态，才能实现此类警告。

“直到20世纪90年代，我们认为范艾伦布尔茨非常乖巧，慢慢变化，”罗阿拉莫斯洛斯阿拉姆斯，新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的辐射带科学家。但是，随着越来越多的测量，我们意识到辐射带改变了多快和不可预测的。它们基本上从未均衡，但在不断变化状态下。“

事实上，科学家意识到皮带甚至不始终如一地改变，以回应似乎是类似的刺激。一些太阳风暴导致皮带加剧;其他人导致皮带耗尽，有些似乎几乎没有影响。这种不同的事件的不同影响表明，这个地区比以前认为这个区域更加神秘。理解 - 并最终预测 - 太阳能风暴将加剧辐射带，科学家想知道加速粒子的能量来自哪里。

双翼文艾伦探针旨在区分两种广泛的可能性，在过程中加速颗粒以这种惊人的速度加速：径向加速或局部加速度。在径向加速下，颗粒垂直于环绕地球的磁场运输，从远离地球的低磁力强度区域到高磁力强度更接近地球。物理法规定在磁场强度增加时，这种情况下的粒子速度将加速。因此，随着颗粒向地球移动，速度会增加速度，就岩石滚落山丘的方式简单地引起了重力。本地加速理论假设粒子从局部能源中获得能量，更类似于热海水产卵飓风。

围绕地球周围的两条粒子叫做辐射带是太阳系中最伟大的自然加速器之一，能够将粒子推高达99％的光速。2012年8月推出的范艾伦探针现在发现了这种加速背后的机制。图像

为了帮助区分这些可能性，范艾伦探针由两个航天器组成。通过两套观察，科学家可以同时测量两个空间区域中的颗粒和能量来源，这对于区分当地发生或来自遥远的原因至关重要。而且，每个航天器都配备有传感器，以测量粒子能和位置并确定桨距角 - 即相对于地球磁场的运动角度。所有这些都将根据行为的力量而改变，从而帮助科学家区分理论。

配备此类数据，REEVES及其团队于2012年10月9日观察到辐射带中的高能量电子的快速增长。如果由于径向传输发生了这些电子的加速度，则可以测量首先从地球开始的效果，并且由于周围区域的形状和强度而向内移动。在这样的场景中，跨越磁场移动的颗粒在类似的级联，聚集速度和能量的情况下自然跳跃 - 与沿着山坡滚动的岩石的场景相关。

但观察结果并没有显示出远离地球并逐渐向内移动的强化。相反，它们显示出在辐射带中间开始的能量增加，并逐渐向内和向外展开，暗示当地加速源。

“在这种特殊情况下，所有加速度都发生在大约12小时内，”Reeves说。“随着以前的测量，卫星可能只能通过这样一个事件飞行一次，而不是有机会见证实际发生的变化。随着van allen探针我们有两个卫星，因此可以观察事情的变化以及这些变化的转变。“

科学家认为这些新结果将导致更好地预测将辐射带加剧可以禁用卫星的水平的复杂事件。虽然工作表明，当地能量来自电磁波源穿过皮带，但它尚不知道这种波可能是原因。在本文中描述的观察组中，随着颗粒加速，范例探针在颗粒加速时观察到称为合唱波的特定类型的波浪，但必须进行更多的工作以确定原因和效果。

“本文有助于区分两种广泛的解决方案，”Sibeck说。“这表明加速可以在本地发生。现在学习波浪和磁场的科学家将跳进工作，并找出推出推动的波。“

幸运的是，此类任务也将由范艾伦探针帮助，这也被仔细设计用于测量和区分许多类型的电磁波。

“当科学家设计了探针的使命和仪器时，他们看着科学的未知数，并说：”这是解锁一些关于粒子如何加速的基本知识的机会，“”尼古拉J.Fox，副项目科学家说在约翰霍普金斯大学应用了马里兰州劳雷尔的应用物理实验室。“船上双航天器上有五个相同的仪器 - 每个仪器都具有广泛的粒子和场和波检测 - 我们拥有有史以来最好的平台，以更好地了解地球上方的临界空间区域。”

应用物理实验室为NASA科学任务局建造并运营双van艾伦探针。范艾伦探针包括美国宇航局的第二任务，与戈达德管理的明星计划，探讨了直接影响生活和社会的连接太阳地球系统的方面。

出版物：G. D. Reeves等，等，“Van Allen辐射带的心脏加速”，Science，2013; DOI：10.1126 / science.1237743

图片：G. Reeves / m。亨德森;美国宇航局/戈达德/科学可视化工作室