地球上空“潜伏”第三条范艾伦辐射带

1958年，空间科学家在地球大气层上部区域发现了两条范艾伦辐射带，辐射带呈环圈形，好似油炸食品“甜甜圈”的外形。不同带电粒子的混合构成了范艾伦辐射带，辐射带的内侧由高能电子和高能正离子组成，辐射带的外侧由高能电子组成，大气层上方的两条范艾伦辐射带环绕着地球，太阳风和地球磁场的相互作用影响了辐射带的性质，范艾伦辐射带在地球的上方形成了两条天然屏障。空间科学家一直在探测范艾伦辐射带的范围和属性，2013年2月，一支科学团队发现了令人惊奇的第三条范艾伦辐射带，《科学》杂志刊载了科学团队的探测成果。

第三条范艾伦辐射带位于第一条和第二条范艾伦辐射带之间，比较窄的辐射带似乎有时隐时现的特征，时而出现在某个位置，时而从某个位置消失。艺术概念图描绘了范艾伦辐射带，它是一个好似甜甜圈形状的区域，含有致命的电子，环绕地球的范艾伦辐射带经常受到太阳风暴和其它空间天气事件的影响，随之发生膨胀，波动性的辐射带对卫星通讯、GPS卫星以及宇航员的生命构成了很大的威胁。第三条范艾伦辐射带出现后又消失了，奇特的隐身现象引起了科学家的关注。

加州大学洛杉矶分校大气和海洋学院的研究人员组成了一支科学小组，相当成功地解释了第三条范艾伦辐射带时而产生、时而消退的物理机制，《地球物理学研究通讯》杂志刊登了科学小组的研究成果。加州大学洛杉矶分校的研究人员理查德·索恩和他的同事发现，第三条范艾伦辐射带的活动周期为四周时间，通过定量分析辐射带内分散电子的相对论运动和定性分析磁场的惠斯勒模型在稠密等离子体中产生的波动作用，科学小组很好地解释了辐射带不同寻常的缓慢衰变过程，只有当相对论电子的注入能量达到2兆电子伏特时，他们才能观测到辐射带的呈现。

在范艾伦辐射带的剖面图中，两个范艾伦探测器从辐射带穿过。范艾伦辐射带是一个环绕地球的甜甜圈形状的区域，其中含有高能粒子，主要是电子和离子。2012年8月31日，太阳表面喷射了一个巨大的日珥，粒子被喷向地球的同时形成了一个奔向地球的冲击波，该事件可能是第三条辐射带形成的原因。NASA拟定了范艾伦探测器的使命计划，理论研究和实际应用的重要价值是使命计划的主要探测目标，辐射带内的电子形成了相对论的运动，这些电子有一个形成和最终损失的过程。

范艾伦探测器在2012年夏季发射升空，两台“双胞胎”探测器来回穿梭了辐射带，收集了大量的探测数据。辐射带内有强烈的辐射，对太空粒子形成了类似加速器的作用，高强辐射和粒子的高速运动对近地轨道的卫星和其它太空飞行器产生了致命的危害，假如宇航员在辐射带内执行一条走出太空舱的操作指令，那么他们将会暴露在强辐射线的太空环境，卫星和宇航员在穿越范艾伦辐射带时必须采取相应的防护措施，加深对地球上空辐射带的了解十分重要，现代信息社会对太空技术的依赖程度越来越高。

科学家以前一直认为，在地球大气层外只有两条范艾伦辐射带，2013年，粒子探测器在两条辐射带之间发现了第三条范艾伦辐射带，加拿大阿尔伯塔大学的科学家认为，太阳的“太空海啸“形成了第三条范艾伦辐射带。低频的等离子体波穿过了外围的辐射带，进入到了地球上空1000到50000公里的区域，第三条范艾伦辐射带由此形成。阿尔伯塔大学的科学家观察到了一些巨大的等离子体波，它们看起来非常像是一场发生在太空的海啸，等离子体波搅动了周围的辐射带，十分快速地冲散了外围的辐射，阿尔伯塔大学科学家的“海啸理论“很好地解释了神秘性的第三条范艾伦辐射带的形成和结构。

（编译：2021-8-1）