范·艾伦（Van Allen）探测器揭示了太空不可穿透的障碍

最新研究发现，使用NASA的Van Allen探针，Van Allen辐射带具有几乎不可穿透的屏障，可以阻止最快，最具能量的电子到达地球。

这部电影展示了粒子如何通过地球的辐射带（地球周围的大甜甜圈）移动。中间的球体显示出称为等离子球体的较冷物质云。最新研究表明，等离子层有助于使来自辐射带的快速电子远离地球。图像

Van Allen皮带是带电粒子的集合，由地球磁场聚集在适当的位置。它们会响应来自太阳的入射能量而蜡化和消弱，有时会膨胀得足以使低地球轨道上的卫星暴露在有害的辐射下。美国国家航空航天局（NASA）于2012年8月启动了研究该地区的Van Allen Probes，发现了排水带中的障碍物。关于这些结果的论文发表在2014年11月27日的《自然》杂志上。

这篇论文的第一作者，科罗拉多大学博尔德分校的太空科学家丹·贝克说：“超高速电子的这种障碍是传送带的显着特征。”“我们能够进行首次研究，因为我们之前从未对这些高能电子进行过如此精确的测量。”

了解什么使辐射带具有其形状以及哪些因素会影响其膨胀或收缩的方式，有助于科学家预测这些变化的开始。这样的预测可以帮助科学家保护该地区的卫星免受辐射。

范·艾伦（Van Allen）带是太空时代的第一个发现，这一发现是在1958年发射美国卫星Explorer 1时测得的。从那以后的几十年中，科学家们知道两条皮带的大小可以改变-有时会合并甚至分解成三个皮带。但通常，内层皮带延伸到地球表面上方400到6,000英里，外层皮带延伸到地球表面上方8,400到36,000英里。

相当空的空间的狭缝通常将皮带分开。但是，是什么使它们分开呢？为什么在带之间有一个没有电子的区域？

输入新发现的障碍。Van Allen Probes数据显示，实际上，外皮带的内边缘非常明显。对于速度最快，能量最高的电子，此边缘是一个尖锐的边界，在正常情况下，电子根本无法穿透。

围绕在地球周围的冷的带电气体云（称为等离子层，在这里以紫色显示）与地球辐射带中的粒子相互作用（以灰色显示），形成难以穿透的屏障，该屏障阻挡了最快的电子向我们的星球靠拢。图像

“当您观察真正的高能电子时，它们只能到达距地球一定距离之内，”位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的范·艾伦探测器的副任务科学家Shri Kanekal说，他也是合著者在自然纸上。“这是全新的。我们当然没想到这一点。”

该小组研究了可能的原因。他们确定，人为传播不是造成障碍的原因。他们还研究了物理原因。环绕地球的磁场的形状是否会引起边界？科学家进行了研究，但消除了这种可能性。其他空间粒子的存在又如何呢？这似乎是更可能的原因。

辐射带并不是环绕地球的唯一粒子结构。巨大的相对冷的，带电粒子云称为等离子层，充满了地球大气的最外层区域，从大约600英里处开始，部分延伸到范艾伦外围带。等离子层外边界处的粒子会导致外部辐射带中的粒子散射，从而将其从传输带中移除。

这种散射效应非常弱，除了几何形状的怪异之外，可能不足以将电子保持在边界处。辐射带电子的移动速度非常快，但不会移向地球。取而代之的是，它们在地球周围以巨大的循环运动。Van Allen Probes的数据显示，在朝地球的方向上，最有能量的电子根本没有运动-只是几个月内发生的缓慢而缓慢的漂移。这是一个缓慢而微弱的运动，以至于等离子层引起的散射会使其抵消。

这也有助于解释为什么-在极端条件下，当特别强的太阳风或日冕大爆发等巨大的太阳喷发将物质云送入近地空间时，来自外带的电子可以被推入通常-皮带之间的空槽区域。

贝克说：“由于等离子体暂停而产生的散射足够强，可以在外部范艾伦带的内边缘形成一堵墙。”“但是强烈的太阳风事件会导致等离子层边界向内移动。”

来自太阳的大量物质流入会腐蚀外层等离子层，使其边界向内移动，并使来自辐射带的电子也能使室内进一步向内移动。

位于马里兰州劳雷尔市的约翰霍普金斯大学应用物理实验室为美国国家航空航天局（NASA）的科学任务部建造并运营了Van Allen Probes。该任务是由戈达德（Goddard）管理的美国宇航局（NASA）的“与星共存”计划的第二次任务。

出版物：D. N. Baker等人，“范艾伦辐射带中超相对论性电子的不可穿透的屏障”，《自然》 515，531–534（2014年11月27日）； doi：10.1038 / nature13956

图片：美国宇航局/哥达德