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美国宇航局的范艾伦探测器赶上增压辐射带的稀有掠影

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我们的星球坐落在两个巨大的同心圆环强大辐射的核心:范艾伦辐射带,港口群被困地球磁场的带电粒子群。 2015年3月17日,行星际激波 - 日冕物质抛射驱动力(即CME)从太阳引发的地磁场产生的冲击波称为磁层,引发了前十年最大的地磁风暴。 NASA的范艾伦探测器在那里观察对辐射带的影响。

2015年3月17日,行星际激波 - 日冕物质抛射驱动力(CME)从太阳引发的冲击波 - 击中最外面的辐射带,引发了前十年最大的地磁风暴。 NASA的范艾伦探头在那里观看。 学分:NASA戈达德太空飞行中心; Genna Duberstein制片人 地磁风暴是宇宙天气最常见的形式之一,它描述了磁层突然暂时受到干扰的事件。这样的事件也会导致地球周围的辐射带发生变化,但研究人员很少能够观察到发生了什么。但是,在2015年3月的一次磁暴中,范艾伦探测器中的一个正在通过这条带正在轨道运行,从一个罕见的现象中提供了前所未有的高分辨率数据。研究人员希望研究地球周围复杂的空间环境,因为这里的辐射和能量可能会对我们的卫星产生各种各样的影响,从中断机载电子设备到增加摩擦阻力,以破坏通信和导航信号。 Van Allen探测器的艺术家概念。美国宇航局戈达德太空飞行中心的范艾伦探测任务科学家戴维·西贝克(David Sibeck)表示:“我们研究辐射带是因为它们对宇宙飞船和太空人造成危害,他没有参与这个论文。 。 “如果你知道辐射能得到多么糟糕,你可以建造一个更好的航天器来适应这种情况。”

研究辐射带是我们监测,研究和理解太空天气努力的一部分。美国宇航局于2012年发射了双艾伦探测器,以了解造成这一恶劣环境的基本物理过程,以便科学家可以开发更好的辐射带模型。这些航天器专门设计用于承受这一地区持续的辐射轰炸,即使在最激烈的条件下也能继续收集数据。关于辐射带如何应对严重的空间天气风暴的一系列观察,从这个严酷的空间环境,是一个金矿。

最近的研究报告描述了发生的事情:2015年3月的风暴是由地球撞击地球的一次行星际冲击引发的 - 一场由CME引发的巨大冲击波,就像海啸是由地震引发的。

范艾伦带是我们这个星球的磁层中的高度动态结构,因为这些事件和太阳辐射而膨胀和收缩。有时,近地空间条件的变化可以激发这些不断变化的地区的电子。科学家们还不知道,行星际冲击带来的激励事件是否普遍。无论如何,行星际冲击的影响是高度局部化的事件 - 意味着如果航天器在冲击发生时不是正确的位置,则根本不会记录事件。在这种情况下,只有一个范艾伦探头处于磁层深处的适当位置 - 但它能够发回关键信息。

航天器测量到突然的电子脉冲激发到极限速度 - 几乎与光速一样快 - 当冲击抨击外部辐射带。这种电子的数量是短暂的,他们的能量在几分钟内消散。但是五天之后,在风暴的其他过程结束之后很久,范艾伦探测器发现了更多的偶数 能量更高的电子。风暴之后的这种独特的激励过程证明了这样的增长。

加速电子在地球范艾伦辐射带中循环的艺术家概念。学分:美国宇航局戈达德太空飞行中心;动画师Tom Bridgman

Van Allen的副执行科学家Shri Kanekal说:“注入的电子 - 意味着它将电子从磁层的外部区域注入到带内部,在这个过程中,电子获得了能量。戈达德的探索和关于这些结果的论文的主要作者。

研究人员现在可以将这个例子纳入他们已经知道的电子如何在腰带中的行为,以试图了解在这种情况下发生了什么 - 并更好地绘制出那里的空间天气过程。辐射带中的电子有多种激发或加速的方式:径向,局部或通过冲击。在径向加速度中,电子被低频波带向地球。局部加速度描述了当电子绕地球轨道运动时,电子从相对较高的频率获得能量的过程。最后,在冲击加速期间,强烈的行星际冲击突然压缩磁层,产生大的电场,迅速激发电子。

科学家研究不同的过程,以了解每个过程在激励磁层中的粒子中所起的作用。也许这些机制是一起发生的,或者一次只发生一次。回答这个问题仍然是研究辐射带的主要目标 - 考虑到数据收集的偶然性,特别是在加速冲击方面,这是一项艰巨的任务。

此外,电子激发的程度取决于激励它们的过程。人们可以将Van Allen Probe所观察到的加速冲击的过程比喻为推动摇摆。

Kanekal说:“把'推'视为增加能量的现象。 “推得越大,它就越高。”而更快的电子在震动后会移动。

在这种情况下,这些额外的推动可能导致高能电子的第二个高峰。震中的电磁波在磁层中徘徊,不断提高电子的能量。风暴越强,这种波浪持续的时间越长。 2015年3月风暴过后,电磁波持续了好几天。结果:五天之后,Van Allen探针测量的电子能量峰值。

来源:美国航天局

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