NASA立方衛星任務：巨型太陽風暴為地球增添新質子帶

根據美國國家航空暨太空總署（NASA）的立方衛星任務發現，2024年的巨型太陽風暴為地球帶來了兩條新的臨時輻射帶。NASA科學家表示，其中一條輻射帶可能會「長時間」存在。

在近地軌道之外，地球被輻射帶環繞，這些輻射帶有時被稱為範艾倫輻射帶，是以1958年描述它們的天體物理學家詹姆斯・範艾倫的名字命名的。NASA解釋道：「地球的磁層會捕獲高能輻射粒子，保護地球免受太陽風暴和持續不斷的太陽風的影響，這些太陽活動可能會損害地球上的科技裝置和人類。這些被捕獲的粒子形成了兩條輻射帶，即範艾倫輻射帶，它們像巨大的甜甜圈一樣環繞著地球。外層輻射帶由數十億個源自太陽的高能粒子組成，而內層輻射帶則是宇宙射線與地球大氣層相互作用的結果。」

這些永久性的輻射帶由電子和質子混合而成，內層輻射帶由高能質子和電子組成，外層輻射帶主要包含高能電子，所有這些粒子都被地球的磁場束縛在地球上。除了這些永久性的輻射帶，地球偶爾也會出現臨時輻射帶，這是太陽風暴期間高能粒子被拋向地球的結果。

去年，隨著太陽接近太陽活動極大期，太陽風暴相當壯觀。尤其是5月發生的一次大型太陽風暴，在地球大氣層中產生了壯麗的極光和前所未見的渦旋。多虧了NASA的科羅拉多內層輻射帶實驗（CIRBE），我們現在知道這次風暴還在永久性輻射帶之間為地球增添了兩條新的輻射帶。

一項新研究的主要作者李新林在一份宣告中說：「當我們比較風暴前後的資料時，我說：『哇，這真的是新發現。』這真的令人震驚。」經過數月的研究，這些輻射帶似乎比以前的臨時輻射帶存在的時間更長。以前的電子輻射帶大約能持續四周，但這些新的輻射帶似乎更持久。兩條輻射帶中，外層主要由高能電子組成，在6月的另一次風暴擾動使其規模縮小之前，它持續了三個多月，然後8月的又一次風暴使其縮減為少量的電子群。對這樣的臨時輻射帶進行進一步研究，可能會帶來超出輻射帶本身的新見解。

研究團隊在研究中寫道：「新的電子輻射帶（1.3 - 5百萬電子伏特）在L = 2.5 - 3.5附近的持續存在，為研究它們因與等離子體嘶聲波相互作用而產生的壽命提供了一個很好的案例，其壽命是能量、區域性等離子體密度和磁場強度的函式。另一次風暴（6月28日）後的顯著衰減，也為研究其他波粒相互作用提供了一個很好的案例研究，比如將高能電子散射到地球大氣層中的電磁離子迴旋波（EMIC）和哨聲波，這將在未來進行研究。」

第二條由質子和電子組成的輻射帶持續的時間更長，因為其位置更有利，組成它的粒子不太可能偏離軌道。研究團隊解釋說：「新質子輻射帶的穩定性與目前的認識一致，即它們的損失主要是由於與自由電子和束縛電子的碰撞，但在觀測期間這種碰撞並不顯著。因此，預計新的質子輻射帶將持續更長時間，也許超過一年。」

未參與這項研究的NASA範艾倫探測器前任任務科學家、馬裡蘭州格林貝爾特NASA戈達德太空飛行中心的研究科學家大衛・西貝克補充道：「這些都是進入地球內部磁環境的高能電子和質子。有些可能會在這個位置長時間停留。」

雖然立方衛星出色地完成了任務，為臨時輻射帶提供了寶貴的見解，但太陽風暴最終縮短了它的任務期限，在10月將這顆衛星推出了軌道。李新林補充說：「我們非常自豪我們的小型立方衛星有這樣的發現。」這項研究發表在《地球物理研究期刊：太空物理學》上。