科学家解释了异常的第三范艾伦辐射环的形成

动画形成了第三环。

加州大学洛杉矶分校的科学家解释说，不寻常的第三辐射环的形成于2012年9月短暂地出现在内部和外部范艾伦辐射带之间，并持续了一个月。

自1958年发现Van Allen辐射带以来，太空科学家一直认为，环绕地球的这些带由两个高电荷粒子的甜甜圈形环组成，一个高能电子和高能正离子的内环，一个高能电子的外环。高能电子。

今年2月，一组科学家报告了令人惊讶的发现，发现了一个先前未知的第三个辐射环，该辐射环在2012年9月在内外环之间短暂出现并持续了一个月。

在新的研究中，加州大学洛杉矶分校的太空科学家成功地模拟并解释了第三环的空前行为，表明构成该环的极高能粒子（称为超相对论电子）是由与通常观察到的范·艾伦截然不同的物理学驱动的辐射带颗粒。传送带所占据的区域-距离地球表面约1,000至50,000公里-充满了电子，因此它们充满能量，它们以接近光速的速度运动。

加州大学洛杉矶分校地球与空间科学系的研究地球物理学家尤里·史普里茨（Yuri Shprits）说：“过去，科学家认为地球周围辐射带中的所有电子都遵循相同的物理学。”“我们现在发现辐射带由不同的物理过程驱动的不同种群组成。”

Shprits也是这项研究的领导者，该研究也是由麻省理工学院（MIT）联合创办的俄罗斯斯科尔科沃科技学院的副教授。这项研究于9月22日发表在《自然物理学》杂志上。

范艾伦带可能对卫星和航天器造成严重威胁，危害范围从轻微异常到关键卫星完全失效。Shprits说，更好地了解太空中的辐射有助于保护人员和设备。

Shprits和亚当·凯勒曼（Adam Kellerman）指出，超相对论电子由第三环组成，同时存在于外带和内带中，特别危险，可以穿透太空中最受保护和最有价值的卫星的屏蔽。 Shprits小组的研究助理。

凯勒曼说：“它们的速度非常接近光速，它们的运动能量比静止时其质量所含的能量大好几倍。”“超相对论电子的行为与低能电子的行为之间的区别是这项研究的关键。”

显示第三辐射环的模型（红色）。NASA的Van Allen Probes任务最近进行的观测显示，在一个事件中，以极高的能量观察到三个辐射区，包括一个不寻常的中等狭窄的环（红色），存在约四个星
期。对于这些高能量的粒子，辐射带中电子的加速和损失是由不同的物理过程引起的，这解释了辐射带之间不寻常的长寿命环的形成。这一发现将有助于保护人造卫星免受辐射带中有
害辐射的影响。空间，加州大学洛杉矶分校的科学家报告。图片来源：Yuri Shprits，Adam Kellerman，Dmitri Subbotin / UCLA

Shprits和他的团队发现，在2012年9月1日，由离子产生的等离子波通常不会影响高能电子，“几乎在外带的内边缘击落了外带中的超相对论电子”。在这场风暴中，只有一束窄的超相对论电子幸存下来。残余物形成了第三环。

暴风雨过后，地球周围的等离子体冷气泡膨胀，以保护窄环中的粒子免受离子波的影响，从而使环得以持久。Shprits的研究小组还发现，被认为在加速和损失辐射带电子中起主要作用的非常低频的电磁脉冲不会影响超相对论电子。

范·艾伦辐射带“再也不能被视为一种稳定的电子。他们根据能量表现，并以各种方式对太空的干扰做出反应。” Shprits说，他于去年7月获得了奥巴马总统的“科学家和工程师总统早期职业奖”。

“超相对论粒子运动得非常快，当它们靠近赤道平面时，它们不能以适当的频率波动”，由美国国家航空航天局（NASA）杰克·埃迪奖学金（Jack Eddy Fellowship）资助的Shprits研究小组的UCLA博士后学者Ksenia Orlova说。“这是这些波将超相对论电子加速和散射到大气中效率较低的主要原因。”

Shprits说：“这项研究表明，空间中存在完全不同的粒子种群，它们在不同的时间尺度上变化，是由不同的物理学驱动的，并且显示出非常不同的空间结构。”

该小组使用2012年8月下旬至2012年10月上旬的地球辐射带模型进行了模拟。该模拟是利用超相对论电子物理学和地面站监视的太空天气状况进行的，与NASA的Van Allen Probes任务的观察结果非常吻合，证实了该团队有关新环的理论。

“我们的模型和观测结果之间有着令人瞩目的协议，都涵盖了广泛的能量范围，” Shprits的前研究生，现任UCLA员工研究助理Dmitriy Subbotin说。

Shprits说：“我相信，通过这项研究，我们已经发现了冰山一角。”“我们仍然需要充分了解这些电子如何被加速，它们起源于何处以及在不同的暴风雨中皮带的动力学是如何不同的。”

1958年，探险家I发现了地球的辐射带，这是美国第一颗进入太空的卫星。

该研究小组还包括加州大学洛杉矶分校的博士后学者亚历山大·德罗佐夫（Alexander Drozdov），他与Van Allen Probes的观测工作在一起。韩国的研究员Kyung-Chan Kim最近在UCLA完成了博士后研究；加州大学洛杉矶分校的助理研究员德鲁·特纳（Drew Turner）提供了数据；加拿大阿尔伯塔大学的研究员Maria E. Usanova提供了由加拿大航天局资助的CARISMA磁力计地面网络的电磁脉冲的关键观测结果；科罗拉多大学大气与空间物理实验室的主任丹尼尔·贝克（Daniel Baker）提供了范·艾伦探针（Van Allen Probes）数据分析的专业知识。

这项研究得到了美国国家航空航天局（NASA）以及美国国家科学基金会和加利福尼亚大学总统办公室的支持。

出版物：Yuri Y. Shprits等人，“范艾伦辐射带中超相对论性电子的异常稳定俘获”，《自然物理学》，2013年； doi：10.1038 / nphys2760

图片：Yuri Shprits，Adam Kellerman，Dmitri Subbotin / UCLA