“范艾伦辐射带”构成超级粒子加速器（下）

辐射带的变化由外在的物理因素引起，没有表现出一致性的特点，比如：太阳风暴对辐射带的激发作用令人困惑不解，在有些太阳风暴的情形中，辐射带的作用得到了增强，在有些太阳风暴的情形中，辐射带的作用受到了消弱，而有些太阳风暴似乎没有对辐射带产生任何影响。相似的太阳风暴对辐射带产生了十分不同的影响，范艾伦辐射带似乎比科学家以往的理解更加神秘，在太阳风暴加强辐射带强度的情形中，增强的辐射能量加速了辐射带内的太空粒子，科学家渴求探索其中的奥秘。

两个一组或“双胞胎”的范艾伦探测器应用了两个法则，一个是径向加速度的法则，一个是本地能量的加速度法则，两个法则将粒子运动加速到令人称奇的程度。在径向加速度法则的情形中，粒子的运行轨迹与环绕地球的磁场构成了垂直角度，远离地球的粒子遇到了低的磁场强度，接近地球的粒子遇到了高的磁场强度，在近地和远地磁场强度差的作用下，粒子运动受物理规律的支配，从远地的低磁场运动到近地的高磁场强度区域，产生了加速运动的过程，在朝向地球运动的过程中，粒子不断地获得了加速能量，好似一块岩石从山坡滑落到山底，山顶势能高，山底势能低，岩石在势能差的作用下滑落的速度越来越快。

粒子在本地能量的作用下获得加速度，物理学家提出过一种理论假设，粒子在本地能量场获得了加速度，好似海洋风暴或飓风的形成，风暴或飓风的能量源于本地的海水，在热水的海面逐渐生成，然后快速地向某个方向移动。有必要区分粒子在范艾伦辐射带获得加速运动的两种不同法则，科学团队设计了两台范艾伦探测器，同时测量太空的两个区域，传感器用于测量粒子的能量、位置、粒子与地球磁场形成的运动夹角，通过对比两个探测器的数据，科学团队能够确定加速粒子的能量之源，从径向加速度和本地能量加速度的两个法则中筛选出一个。

2012年10月9日，里夫斯带领的科学团队发现，有些辐射带内的高能电子的能量出现了快速增长，假如径向加速度的法则有效，那么在径向运动的过程中，电子将首先从远离地球的低磁场区出发，到达接近地球的高磁场区，电子不断地从低能级区“跃迁”到高能级区，好似瀑布从高山峡谷的高处俯冲之下，水流的动能在下落中不断加大，直到猛烈地撞击瀑布下水池的水面，好似岩石从山坡上向下滑落，直到跌落到山谷，岩石才获得了最大的动能或冲击力。里夫斯的科学团队没有发现径向加速度的情形，没能观测到电子从远离地球的一端向接近地球的一端移动，电子能量的增强效应发生在辐射带的正中间，电子向辐射带的内外两侧同时移动，好似在海平面形成的飓风。

一颗卫星探测器穿越辐射带时，只能得到单一观测的数据，不能观测在其它区域同时发生的能量变化，两颗卫星探测器穿越辐射带时，科学团队可以观测在辐射带的不同区域中同时发生的物理参数变化。观测数据证实了本地能量的加速机制，辐射带的本地能量属于电磁场能，辐射带内的电磁波能量增强了，激发了超级加速器的机制。辐射带内的超强粒子和电磁波可能摧毁进入其中的卫星，科学家过去对辐射带内的粒子和电磁波的性质缺乏精确的了解，比如：范艾伦探测器观测到了“合唱波”，该波产生了粒子的加速效应，但科学家难以解释辐射带内波和粒子的作用规律。

本地能量源于辐射带的电磁波，科学团队需要确定电磁波和磁场的性质，它们对辐射带内的粒子形成了推动作用。范艾伦探测器可以区分不同类型的电磁波，开启了粒子在辐射带内如何获得加速度的科学大门。两台范艾伦探测器携带了五组恒定的仪器，两个探测器卫星检测了磁场分布、电磁波和粒子的性质。在目前最好的科学平台，科学家更好地理解了处于近地太空的范艾伦辐射带的属性。约翰·霍普金斯大学的应用物理实验室接受了NASA科学使命委员会的委托，设计和建造了一对“双胞胎”的范艾伦探测器，该探测项目被纳入到一个更大的科学使命计划，戈达德太空飞行中心主要负责探索太阳与地球物理的关联性，地球与太阳的互动性直接影响了地球生命和人类社会的生存和变化。

（编译：2021-7-31）

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