范艾伦辐射带讲解学习

范艾伦辐射带一部分进入地球磁层，或者说被地球磁层俘获的高能粒子，则被禁锢在两个被称为辐射带的范围内。这两个辐射带是物理学家范·艾伦（VanAllen）于1959年通过人造卫星的实验发现的，故被命名为范·艾伦辐射带。它分内外两带：内辐射带高度在1—2个地球半径之间，宽约5000km，范围限于南北磁纬40°之间，所观测到的主要是高能质子；外辐射带的高度约为3—4个地球半径，其纬度范围为南北磁纬50°一60°之间，所观测到的主要是高能电子。辐射带的范围和形状，受地球磁场的制约，并且因太阳活动而变化。至于这些粒子是如何陷在这二个区域里，其详细物理过程尚未清楚。辐射带被束缚在磁场中的离子可以非常稳定，尤其内辐射带的离子非常稳定，这里的粒子可以维持数年之久。比如1962年7月美国在这个层里爆炸了一枚氢弹，其导致的人工的高能电子带在四五年后依然存在。外辐射带和环电流不稳定，原因是其粒子与地冕中的粒子的碰撞使得它们不断丧失。这说明在这里有一个不断产生新的等离子的机理。范艾伦辐射带，指在地球附近的近层宇宙空间中包围着地球的高能辐射层，由美国物理学家詹姆斯·范·艾伦发现并以他的名字命名。范艾伦辐射带分为内外两层，内外层之间存在范艾伦带缝，缝中辐射很少。范艾伦辐射带将地球包围在中间。发现1958年1月31日，美国第一颗人造卫星探险者一号升空，当升至800千米高空时，星上所载盖革计数器读数突然下降至0。到1958年3月26日探险者三号升空时，又发生了同样的情况。范艾伦认为，这是因为存在极大量的辐射导致计数器达到饱和而失灵造成的。因此，同年7月26日发射探险者四号时，他在计数器前端加入一小片薄铅以阻挡部分辐射。果然，新的卫星证实了他的猜测。成因及影响20世纪初，挪威空间物理学家斯托默就从理论上证明，地球周围存在一个带电粒子捕获区。它是由地球磁场俘获太阳风中的带电粒子所形成的。一般来说，内辐射带里高能质子多，外辐射带里高能电子多。辐射带会对人类身体造成巨大伤害，因此，它是人类进行星际转移的巨大障碍。其他影响影响哈伯望远镜的观测，因为哈伯处在相当低的轨道，离地仅559公里来运行。因此，当哈伯通过南大西洋上空时必须暂时关闭观测。因为范艾伦幅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，可能会损坏哈伯的观测元件。OuterbeltThelargeouterradiationbeltextendsfromanaltitudeofaboutthreetotenEarthradii(RE)or13,000to60,000kilometresabovetheEarth'ssurface.Itsgreatestintensityisusuallyaround4–5RE.Theouterelectronradiationbeltismostlyproducedbytheinwardradialdiffusion[5][6]andlocalacceleration[7]duetotransferofenergyfromwhistlermodeplasmawavestoradiationbeltelectrons.Radiationbeltelectronsarealsoconstantlyremovedbycollisionswithatmosphericneutrals,[7]lossestomagnetopause,andtheoutwardradialdiffusion.Theouterbeltconsistsmainlyofhighenergy(0.1–10MeV)electronstrappedbytheEarth'smagnetosphere.ThegyroradiiforenergeticprotonswouldbelargeenoughtobringthemintocontactwiththeEarth'satmosphere.Theelectronsherehaveahighfluxandattheouteredge(closetothemagnetopause),wheregeomagneticfieldlinesopenintothegeomagnetic"tail",fluxesofenergeticelectronscandroptothelowinterplanetarylevelswithinabout100

km(adecreasebyafactorof1,000).Thetrappedparticlepopulationoftheouterbeltisvaried,containingelectronsandvariousions.Mostoftheionsareintheformofenergeticprotons,butacertainpercentagearealphaparticlesandO+oxygenions,similartothoseintheionospherebutmuchmoreenergetic.Thismixtureofionssuggeststhatringcurrentparticlesprobablycomefrommorethanonesource.Theouterbeltislargerthantheinnerbeltanditsparticlepopulationfluctuateswidely.Energetic(radiation)particlefluxescanincreaseanddecreasedramaticallyasaconsequenceofgeomagneticstorms,whicharethemselvestriggeredbymagneticfieldandplasmadisturbancesproducedbytheSun.Theincreasesareduetostorm-relatedinjectionsandaccelerationofparticlesfromthetailofthemagnetosphere.InnerbeltTheinnerVanAllenBeltextendsfromanaltitudeof100–10,000

km[8](0.01to1.5Earthradii)abovetheEarth'ssurface,andcontainshighconcentrationsofenergeticprotonswithenergiesexceeding100MeVandelectronsintherangeofhundredsofkeV,trappedbythestrong(relativetotheouterbelts)magneticfieldsintheregion.Itisbelievedthatprotonsofenergiesexceeding50MeVinthelowerbeltsatloweraltitudesaretheresultofthebetadecayofneutronscreatedbycosmicraycollisionswithnucleioftheupperatmo