范艾倫輻射帶

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范艾倫輻射帶

范艾倫輻射帶是在地球附近的近層宇宙空間中包圍着地球的大量帶電粒子聚集而成的輪胎狀輻射層,由美國物理學家詹姆斯·范·艾倫發現並以他的名字命名。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。范艾倫輻射帶一般情況下分為內外兩層,海拔高度處在約500至58000公里之間,內外層之間存在范艾倫帶縫,縫中輻射很少,偶爾會因為太陽風暴等突發情況臨時被破壞分離導致多層產生。

發現[編輯]

Kristian Birkeland,Carl Størmer和Nicholas Christofilos曾在太空時代之前研究過被捕獲帶電粒子的可能性。

1958年1月31日,美國第一顆人造衛星探險者一號升空,當升至800千米高空時,衛星上所載蓋革計數器讀數突然下降至0。到1958年3月26日探險者三號升空時,又發生了同樣的情況。范艾倫認為,這是因為存在極大量的輻射導致計數器達到飽和而失靈造成的。因此,同年7月26日發射探險者四號時,他在計數器前端加入一小片薄鉛以阻擋部分輻射。果然,新的衛星證實了他的猜測。

目前范艾倫輻射帶僅專指圍繞地球的輻射層,同時根據目前的觀測結果,在其他行星周圍也存在有類似結構。太陽無長期維持的輻射帶,因其缺乏穩定的整體偶極子場。

成因及影響[編輯]

20世紀初,挪威數學天文物理學家斯托默就從理論上證明,地球周圍存在一個帶電粒子捕獲區。它是由地球磁場俘獲太陽風中的帶電粒子所形成的。一般來說,內輻射帶裡高能質子多,外輻射帶裡高能電子多。輻射帶對保護地球起着很好的作用,它能俘獲從太陽和其他天體向地球射來的高能粒子,使它們不能到達地面,從而避免了高能粒子對人類和其他生物的致命威脅。另一方面,由於輻射帶里的高能粒子會對人類身體造成巨大傷害。因此,它又是人類進行星際轉移的巨大障礙。

輻射帶對人造衛星影響較大,因此在人造衛星設計過程中需要對其敏感元件進行保護性設計,特別是運行軌道需穿越相關高度的觀測類衛星。

2012年8月,NASA發射了一對范艾倫探測器,同時從不同位置和角度對輻射帶進行觀測。觀測結果認為范艾倫輻射帶負責加速粒子,而不是收集來自其他地方的高能粒子。[1]

內圈[編輯]

范艾倫輻射帶內圈通常分布於0.2~2倍地球半徑高度(即海平面上約1000~6000公里高度),在某些特定情況下,如太陽活動強烈或南大西洋異常區內,其高度邊界可能會被壓縮至海平面上方200公里。

外圈[編輯]

范艾倫輻射帶外圈主要由地球磁層捕獲的高能(0.1-10MeV)電子組成。它比內帶更易變,因為更容易受太陽活動的影響。形狀幾乎是環形的,起始於三個高度,並延伸到地球表面以上60000~100000公里

其他影響[編輯]

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,可能會損壞哈伯的觀測元件。


相關條目[編輯]

參考文獻[編輯]