发布单位： 台北市立天文科学教育馆
2024 年 5 月 10 日 ，在经历过去 20 年来最大的一次磁暴后 ，NASA 的 「科罗拉多内辐射带实验」 （CIRBE） 立方卫星上的仪器发现了第三条暂时性的范艾伦辐射带 （Van Allen Belts） 。这是环绕地球的一个新的暂时性带状区域 ，充满了能量范围在 1.3 至 5 百万电子伏特之间的高能带电粒子 。位置介于距离地表 1,500 到 40,000 公里之间 。
地球的磁场能够捕捉高能带电粒子 ，并保护地球免受太阳风暴的直接影响 。被捕捉的粒子形成了两个环绕地球的辐射带 ，称为范艾伦辐射带 ，形状类似两个巨大的甜甜圈 ，分为内带和外带 。外辐射带主要由来自太阳的高能带电粒子构成 ，而内辐射带则是由宇宙射线与地球大气层相互作用所产生 。在太阳风暴特别强烈时 ，地球的范艾伦辐射带会对太阳风变化作出反应 ，有时甚至会出现第三个暂时性辐射带 。这种现象最早在 2012 年被观测到 ，而此次新发现的第三个辐射带是由 NASA 的 CIRBE 立方卫星观测到的 。这个暂时性的辐射带位于内带和外带之间 ，可能会持续数月甚至数年 。科学家们正研究这些数据 ，以更深入理解辐射带的形成过程 。
图说： 第三个暂时性的范艾伦辐射带的位置 。Image via NASA.
1958 年 1 月 31 日 ，美国在发射探索者一号时 ，搭载了范艾伦改良制造的盖格计数器 ，用以侦测宇宙射线 。回传的数据显示 ，从地表开始 ，宇宙射线随高度增加而剧增 ，但在某个高度后却瞬间归零 。这一现象当时让许多科学家感到困惑 ，因为数据不应该如此不连续 ，且离开地球后宇宙射线不可能为零或微弱到无法测量 。后来 ，在探索者三号上的盖格计数器同样记录到了类似数据 。为了验证这一现象 ，范艾伦在探索者四号上的盖格计数器前方加装了一片铅板 ，这才得到了完整的记录 。他发现 ，地球周围存在大量带电粒子的带状结构 ，这些粒子导致盖格计数器在穿越这些区域时出现爆表现象 。这一发现证实了范艾伦辐射带的存在 。
范艾伦辐射带的发现对于人类探索太空至关重要 。范艾伦计算出辐射带中较弱的区域 ，使得人类和机器能在适当的防护措施下穿越辐射带进入太空而不受损坏 。 「范艾伦辐射带」 一词专指地球周围的辐射带 。然而 ，在其他行星周围也存在类似的辐射带 ，这些辐射带同样是由行星磁场捕获高能带电粒子形成的 。 （编辑/台北天文馆段皓元）
参考资料： CIRBE, NASA