范艾伦辐射带

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范艾伦辐射带

范艾伦辐射带是在地球附近的近层宇宙空间中包围着地球的大量帶電粒子聚集而成的輪胎狀辐射层,由美国物理学家詹姆斯·范·艾伦发现并以他的名字命名。范艾倫帶粒子的主要來源是被地球磁場俘獲的太陽風粒子,這些帶電粒子在范艾倫帶兩轉折點間來回運動。當太陽發生磁暴時,地球磁層受擾動變形,而侷限在范艾倫帶的高能帶電粒子大量洩出,並隨磁力線於地球的極區進入大氣層,激發空氣分子產生美麗的極光。范艾伦辐射带一般情况下分为内外兩層,海拔高度处在约500至58000公里之间,内外层之间存在范艾伦带缝,缝中辐射很少,偶尔会因为太阳风暴等突发情况临时被破坏分离导致多层产生。

发现[编辑]

Kristian Birkeland,Carl Størmer和Nicholas Christofilos曾在太空时代之前研究过被捕获带电粒子的可能性。

1958年1月31日,美国第一颗人造卫星探险者一号升空,当升至800千米高空时,卫星上所载盖革计数器读数突然下降至0。到1958年3月26日探险者三号升空时,又发生了同样的情况。范艾伦认为,这是因为存在极大量的辐射导致计数器达到饱和而失灵造成的。因此,同年7月26日发射探险者四号时,他在计数器前端加入一小片薄铅以阻挡部分辐射。果然,新的卫星证实了他的猜测。

目前范艾伦辐射带仅专指围绕地球的辐射层,同时根据目前的观测结果,在其他行星周围也存在有类似结构。太阳无长期维持的辐射带,因其缺乏稳定的整体偶极子场。

成因及影響[编辑]

20世纪初,挪威數學天文物理学家斯托默就从理论上证明,地球周围存在一个带电粒子捕获区。它是由地球磁场俘获太阳风中的带电粒子所形成的。一般來說,内辐射带裡高能质子多,外辐射带裡高能电子多。辐射带对保护地球起着很好的作用,它能俘获从太阳和其他天体向地球射来的高能粒子,使它们不能到达地面,从而避免了高能粒子对人类和其他生物的致命威胁。另一方面,由于辐射带里的高能粒子会对人类身体造成巨大伤害。因此,它又是人类进行星际转移的巨大障碍。

辐射带对人造卫星影响较大,因此在人造卫星设计过程中需要对其敏感元件进行保护性设计,特别是运行轨道需穿越相关高度的观测类卫星。

2012年8月,NASA发射了一對范艾倫探測器,同时从不同位置和角度对辐射带进行观测。观测结果认为范艾伦辐射带负责加速粒子,而不是收集来自其他地方的高能粒子。[1]

内圈[编辑]

范艾伦辐射带内圈通常分布于0.2~2倍地球半径高度(即海平面上约1000~6000公里高度),在某些特定情况下,如太阳活动强烈或南大西洋异常区内,其高度边界可能会被压缩至海平面上方200公里。

外圈[编辑]

范艾伦辐射带外圈主要由地球磁层捕获的高能(0.1-10MeV)电子组成。它比内带更易变,因为更容易受太阳活动的影响。形状几乎是环形的,起始于三个高度,并延伸到地球表面以上60000~100000公里

其他影響[编辑]

影響哈伯望遠鏡的觀測,因為哈伯處在相對高的軌道,離地559公里來運行。因此,當哈伯通過南大西洋上空時必須暫時關閉觀測。因為范艾倫輻射帶剛好在這裡碰觸到地球的上層大氣,如果開啟觀測的話,可能會损坏哈伯的觀測元件。


相關條目[编辑]

参考文献[编辑]