天空中的巨型粒子加速器–范艾伦辐射带内的超高能电子

时间：2022-02-18 17:58:05来源：

新的研究发现，电子在范艾伦辐射带内被局部加热到极高的能量。

地球磁场正在捕获高能粒子。当第一批卫星发射到太空时，由詹姆斯·范·艾伦（James Van Allen）领导的科学家意外地发现了高能粒子辐射区，该地区后来以其发现者范·艾伦辐射带（Van Allen Radiation Belts）命名。可视化地看，它们看起来像两个甜甜圈状的区域，环绕着我们的星球。

现在，由GFZ德国地球科学研究中心的研究人员领导的一项新研究表明，辐射带中的电子可以在本地加速到非常高的速度。研究表明，磁层是一种非常有效的粒子加速器，它将电子加速到所谓的超相对论能量。由GFZ Potsdam的博士后学者Hayley Allison以及GFZ的Yuri Shprits和波茨坦大学的教授进行的研究发表在自然通讯上。

为了更好地了解Van Allen Belts的起源，2012年，NASA发射了Van Allen Probes双人航天器，以穿越这个最严酷的环境并在这个危险区域进行详细的测量。测量包括以不同速度，不同方向和等离子波运动的全部粒子。等离子体波类似于我们在水面上看到的波，但实际上肉眼看不见。可以将它们与电场和磁场中的纹波进行比较。

最近的观察表明，带中电子的能量可以上升到所谓的超相对论能量。这些温度超过1000亿华氏度的电子移动得如此之快，以至于其运动能量远高于爱因斯坦著名的E = mc2公式给出的静止能量。它们是如此之快，以至于这些粒子的时间流明显变慢。

科学家惊讶地发现了这些超相对论电子，并假设只有通过两个过程的组合才能达到如此高的能量：从磁层外层向内传输粒子，从而加速它们；以及等离子波对粒子的局部加速作用。

但是，这项新研究表明，电子通过从等离子波中吸收所有这些能量，从而在皮带的心脏局部达到了如此不可思议的能量。事实证明，此过程非常有效。关于粒子向超相对论能量的加速如何在近地空间中运作的意外发现，可能有助于科学家了解太阳，外行星附近，甚至是太空探测的宇宙遥远角落的加速的基本过程。够不到。

参考：Hayley J. Allison和Yuri Y. Shprits撰写的“将辐射带电子局部加热到超相对论能量”，2020年9月10日，Nature Communications.DOI：
10.1038 / s41467-020-18053-z