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天空中的巨型粒子加速器——范艾伦辐射带内的超高能电子

辐射带 粒子加速器 高能电子
发布:2020-09-11 14:30:20    

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。当第一批卫星发射升空时,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·艾伦辐射带命名。可视化地看,这些看起来像是包围我们星球的两个甜甜圈形区域。

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,可以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这项研究发表在《 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波纹进行比较。

最近的观察表明,传送带中的电子能量可以上升到所谓的超相对论能量。这些温度超过1000亿华氏度的电子运动得如此之快,以至于它们的运动能量远高于爱因斯坦著名的E=mc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;并通过等离子波使粒子局部加速。

然而,这项新的研究表明,通过从等离子波中吸收所有这些能量,电子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,甚至是太空探测的遥远角落的基本加速过程不能达到。

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