超新星爆发的致命宇宙射线，导致地球形成了范艾伦辐射带超新星爆发的致命宇宙射线

最近，科学家解开了一个60多年的谜团。环绕地球的范艾伦辐射带内部快速运行着有害的高能电子，长久以来，一直不清楚这些电子的来源，科学家经过研究，终于把这件事情搞清楚了。

艺术概念图：环绕地球范艾伦辐射带的内部及外部边缘

太空的变化多端总让人难以置信。地球的磁场俘获了大量带电粒子并将这些粒子捆绑在地球周围，其分布高度为500-58000千米，带电粒子就在这个高度范围内围绕着地球旋转。从而形成了范艾伦辐射带，卫星及宇宙探测器的电子原件及传感器在该辐射带中穿行时，会受到高能粒子的损害，宇航员也会受到辐射剂量的伤害。

一般来说，内辐射带里高能质子较多，外辐射带里高能电子较多。辐射带会对人类身体造成巨大伤害，因此，它是人类进行星际航行及探测的巨大障碍。

同时，辐射带也影响哈勃太空望远镜的观测，因为哈勃处在相当低的轨道，离地仅559公里。因此，当哈勃通过南大西洋上空时必须暂时关闭观测窗口。因为范艾伦辐射带刚好在这里碰触到地球的上层大气，如果开启观测的话，可能会损坏哈勃的观测元件。

探险者1号是美国发射的第一颗人造地球卫星。探险者1号卫星于1958年2月1日由丘诺1号运载火箭在卡纳维拉尔角发射场LC-26发射台发射升空，是美国科学卫星系列的第一颗卫星。

20世纪初，挪威空间物理学家斯托默从理论上证明，在地球周围存在一个带电粒子捕获区，大部分区域处于后来发现的辐射带内。1958年美国的第一颗人造卫星探索者1号发现的，地球周围确实存在着一条辐射带，当时的研究小组组长是爱荷华大学的詹姆斯·范·艾伦，这条辐射带最终以他的名字命名。

研究小组组长：爱荷华大学詹姆斯·范·艾伦

在1958年1月31日发射的探索者1号上，范·艾伦使用的宇宙射线探测器非常简单，只是一个盖革计数器和一个磁带存储器。在1958年后续的3次太空任务——探索者3号、探索者4号和先锋3号，进一步确定了范艾伦辐射带的存在及结构。

盖革计数器最初是于1908年由德国物理学家汉斯·盖革和英国物理学家卢瑟福在α粒子散射实验中，为了探测α粒子而设计的。后来在1928年，盖革又和他的学生米勒对其进行了改进，使其可以用于探测所有的电离辐射。

范艾伦带拥有两个永久性辐射带：内辐射带及外辐射带，2013年还发现了一个临时性辐射带。范艾伦内辐射带及外辐射带是在1958年发现的，当时的科学家认为，范艾伦辐射带中的带电粒子是通过一个被称为宇宙线反照率中子衰变的过程形成的，在该作用过程中，中性原子在宇宙射线的作用下发生分解，形成了质子和电子。带电粒子与地球磁场相互作用，被地磁场所俘获，围绕着地球旋转，形成了范艾伦辐射带。

科学家一直认为地球周围只有两个范艾伦辐射带，但2012年夏季发射的范艾伦探测器搭载的仪器发现，存在第三个短暂的辐射带。科学家观测到这个第三个辐射带，一共持续了4周时间，最后被来自太阳的一场强烈的行星际冲击波歼灭。

卫星及宇宙探测器在范艾伦辐射带中穿行的位置

但是，时间过了60年之后，截至2017年之前，还没有任何人真正在宇宙线反照率中子衰变过程中检测到电子的形成。

《自然》期刊于上周三发表了一篇研究报告，一个研究小组在该报告中称，他们在范艾伦内辐射带发现了电子，这一发现证实了之前科学家针对范艾伦辐射带形成原理所提出的理论解释。

该研究报告主要作者、美国科罗拉多大学博尔德分校大气和空间物理实验室李新林教授说：“我们在范艾伦辐射带内部边缘附近第一次发现了这些高能电子。最终成功破解了这个60年历史的谜团。”

超新星强烈的宇宙射线激烈撞击地球附近的原子

该小组的科学研究显示，范艾伦辐射带中的高能粒子是在超新星爆发致命性宇宙射线的作用下形成的。这些强烈的宇宙射线激烈撞击地球附近的原子，导致原子中的中子发生衰变，进而在宇宙线反照率中子衰变过程中形成质子和电子，地球磁场再将放射出来的质子和电子俘获。就这样，形成了环绕地球的范艾伦辐射带。

研究小组使用的科学设备是一个鞋盒状大小的粒子太空望远镜卫星，设计和操作这颗卫星的，不是专业的研究人员，而是由科罗拉多大学的本科生和研究生组成的团队。这颗卫星的名字叫做立方体卫星，于2014年发射升空进入地球轨道。该立方体卫星的任务是测量高能太阳质子及电子通量，该任务目前已经持续了两年多的时间。

美国科罗拉多大学博尔德分校大气和空间物理实验室研究小组使用的鞋盒状大小的粒子太空望远镜立方体卫星

该研究报告共同作者、美国科罗拉多大学博尔德分校大气和空间物理实验室丹尼尔·贝克教授说，本次研究成果是一个重大发现，该卫星通过观测做出了很多科学发现。

科学家希望，这颗卫星能够帮助科学家勾勒出地球附近宇宙空间及其对地球影响的更精确图景，帮助人类更好地预防并保护各类探测器及宇航员，让这些探测器、卫星、宇航员在飞越范艾伦辐射带时不要被高能粒子晒成黑乎乎的黑曜石。

来源：http://www.theregister.co.uk

译者：朱川

责编：钟天意

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