原标题:NASA成立后发射的第一个探测器,证实了范艾伦辐射带的存在

根据美国宇航局的最新计划,其范艾伦探测器(Van Allen
Probes)——两艘用来研究环绕地球的范艾伦辐射带的自动控制太空船将进入地球大气层,将在15年后毁灭。

一项新的研究分析了NASA的双卫星范艾伦探测器(Van Allen
Probes)得到的数据,结果发现在2012年的9月初,地球周围曾形成过一个辐射环,持续长达4个多星期,直到被一股来自太阳的强力行星际冲击波破坏殆尽。2月28日,这一结果在线发表在《自然》杂志网站上。

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范艾伦辐射带是地球周围由高能粒子组成的两条带状区域,由美国科学家詹姆斯·范艾伦在1958年发现,其内带位于地球上空650千米至6300千米,外带位于地球上空10000至65000千米。范艾伦带内的高能粒子对载人航天器和人造卫星等都有一定危害,其内外层之间的缝隙则是辐射较少的安全地带。

NASA成立后的第10天,1958年10月11日,先驱者1号发射升空。

为了防止这两艘航天器成为航行危险,设计并建造这些航天器的约翰斯⋅霍普金斯应用物理实验室的研究人员于2月份通过一系列推进器演习,将它们置于轨道上。该探测器将于2034年左右毁灭。

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科学家此前以为,地球周围的范艾伦带只分成内外两层辐射带。

先驱者1号,源自美国陆军的项目,它是NASA成立后发射的第一个探测器,于1958年10月11日发射升空。先驱者1号原计划进入月球轨道,拍摄月球表面。

2012年8月23日,探测器从佛罗里达的卡纳维尔角空军基地发射升空,其原名为辐射带风暴探测器(Radiation
Belt Storm
Probes)。最初的任务是花两年时间研究著名的范艾伦辐射带。环绕地球,保护我们免受宇宙辐射。然而,近七年之后,无人卫星仍然很强大,任务控制中心必须安排对其进行必要的轨道修正。

范艾伦带中的高能粒子,主要来源于被地球磁场俘获的太阳风粒子。这些带电粒子在范艾伦带的转折点之间往复运动。当太阳发生磁暴时,地球磁层受扰动变形,被囚禁在范艾伦带中的高能粒子大量泄出,并随磁力线闯入地球极区的大气层,激发空气分子,便会产生美丽的极光。

先驱者1号的科学目标是在地球附近和月球轨道,研究电离辐射,宇宙射线,磁场和微陨石,但由于机械故障导致未能达到进入月球轨道所需的逃逸速度,它达到的峰值高度为115400千米。

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NASA在2012年8月30日发射了双卫星范艾伦探测器,配备了保护性镀层和耐用电子元件,可在范艾伦带恶劣的空间气候中开展探测活动,其目的是对这些辐射带区域进行测量及特征描述。

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范艾伦辐射带1958年被美国的第一颗人造卫星“探险者1号”(EXPLORER-I)首次探测到,并以发现者物理学家詹姆斯⋅范艾伦的名字命名,这两条辐射带是由太阳与地球磁场的相互作用产生的。当发生这种情况时,带电的质子和电子像磁铁周围的铁屑一样被捕获在磁场中,形成致命辐射区域。

美国科罗拉多大学博尔德分校大气与空间物理研究室的丹尼尔·贝克(Daniel
Baker)及其同事,对来自该探测器的数据进行的一项新的分析显示:2012年9月2日,超高能量电子组成了第三层辐射带,并持续了4个多星期。这个意想不到的结构最终被一股强劲的太阳风吹散。这些发现说明,范艾伦辐射带存在极大的可变性,能够帮助我们了解太阳活动对范艾伦带的影响。

先驱者1号升空43小时候后重入大气层,坠入南太平洋,在这43小时里,它传回了近地空间环境的数据,证实了范艾伦辐射带(Van
Allen belt)的存在。

这些磁场保护地球免受来自太空的辐射,但它们对于宇航员和无人驾驶飞行器来说都是禁区。而范艾伦探测器专门设计用于穿越安全带而不会被辐射破坏。这涉及屏蔽电子设备以防止电荷的积累和一般的加强,这使得飞行器能够充当飞行实验室来理解辐射对电子设备的影响。

“这是我们首次使用高分辨率的观测仪器对太空中的高能辐射带进行观测,”贝克说,“一开始还很模糊,然而两颗卫星上天后没几天,就观测到了内带产生的强烈高能电子流,并在内带与外带之间出现了清晰的第三层辐射带。”

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