炮制致命电子的激波

[ 录入者:Melipal | 时间:2010-03-20 21:36:28 | 作者:Melipal | 来源:ESA | 浏览:2407次 ]

原文标题:Shocking recipe for making killer electrons

原文来自:ESA   Posted: 2011. 3. 11

编译:Melipal   审校:Linq (编译版权所有,文章有删节,未经许可请勿转载。)

将一群高速运动的 电子放入轨道,然后用来自太阳风暴的 激波去轰击它们。你得到了什么?致命电子。这就是欧洲空间局的 “星 簇”(Cluster)空间计划告诉我们关于太阳风暴激波的 秘密。

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地球磁层与辐射带。(图片提供:ESA

致命电子就是束缚在地球外辐射带中的 极高能粒子。外辐射带距离地球表面12000至64000公里。在太阳风暴期间,它们的 数量会增加至少10倍,并且会部分脱离辐射带,从而给卫星 带来威胁。正如其名所示,致命电子的 能量足够高,以致可以穿透卫星 的 防护罩,引发微型电火花。如果这样的 放电现象发生在关键部件上,卫星 就会受到损害,甚至无法工作。

2004年11月7日,太阳朝地球的 方向喷出了强烈的 太阳风暴。它由行星 际激波以及后随的 巨型磁云所组成。当激波首先扫过欧空局与NASA合作的 太阳监测卫星 SOHO时,太阳风的 速度从每秒500公里猛增到了每秒700公里。

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“星 簇”(Cluster)探测器群(图片提供:ESA)

不久以后,激波撞击了地球保护性的 磁泡(也就是磁层)。撞击产生了在磁层内沿着地球静止轨道(高度为36000公里)以每秒1200公里的 速度传播的 波前。根据“星 簇”探测器RAPID(Research with Adaptive Particle Imaging Detectors,自适应粒子成象探测器研究)的 探测结果,外辐射带中高能电子的 数量也开始增加了。星 簇的 4台子探测器扫过的 是椭圆轨道,距离地球最近为19000公里,最远119000公里。

对于空间天气的 研究者来说,了解致命电子的 起源一直都是个焦点话题。利用星 簇以及其他空间计划收集而来的 数据,科学家提出了两种可以让电子加速到如此致命稿能量的 途径。其中一条依赖于频率在3至30 kHz之间的 甚低频(VLF)波,另一条要借助频率在0.001–1 Hz之间的 特低频(ULF)波。这项最新的 工作解决了这个问题。

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2004年11月的 太阳活动。(图片提供:ESA/NASA/SOHO)

哪种波动会起作用呢?回答是都有可能。来自中国北京大学以及美国美国马萨诸塞大学洛威尔(Lowell)分校的 宗秋刚说:“VLF与ULF波会在地球辐射带内加速电子,但是时标不同。ULT波由于振幅更大,加速比VLF要快得多。”宗秋刚是有关此结果的 研究论文的 第一作者。

数据显示了导致致命电子明显增长的 两步过程。开始的 加速是由于强激波相关的 磁场压缩导致的 。行星 际激波撞击之后,紧接着地球的 磁力线开始以特低频(ULF)摆动。人们发现ULF波使原始的 电子产生了有效的 加速,转变成为致命电子。

虽然分析进行了很长时间,结果却是值得等待的 。现在天文学家知道了致命电子加速的 机制。本论文的 合作者、英国迪德科特(Didcot)卢瑟福—阿普尔顿(Rutherford Appleton)实验室的 马尔科姆·邓洛普(Malcolm Dunlop)说:“来自4台星 簇探测器的 数据让人们辨认出,ULF波足以加速电子。”

多亏了对星 簇探测器数据的 分析,我们已经知道:如果致命电子正好朝向地球喷射而来,它们会在仅仅15分钟之内撞击大气层。欧空局的 簇群任务经理菲利浦·埃斯考伯特(Philippe Escoubet)说:“这些发现帮助我们改进了预报辐射环境的 模型,而卫星 与宇航员正是在这样的 环境中工的 。现在太阳活动在变得更加活跃,在接下来的 几个月和几年里,我们可以预期到更多撞击地球磁层的 激波。”

(全文完)

Tags:太阳

责任编辑:Melipal

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