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美國發射輻射帶風暴探測器

自1960年代進入太空時代至今,太空任務絕大多數都會避開范艾倫輻射帶(van Allen Belts)。范艾倫輻射帶是地球周圍兩個甜甜圈狀的區域,其中充滿了「殺手電子(killer electrons)」、電漿波(plasma wave)和電流等,對人類或太空船都有一定的危險性,逗留在此絕對沒好事。

不過,人們總要勇於嘗試,不能一直被老觀念給限制住。RBSP任務科學家David Sibeck表示:雖然科學家知到范艾倫帶的存在已數十年了,但這個危險區域還是持續發生意料之外的殺手電子風暴和其他現象。因此美國航太總署(NASA)在2012年8月30日發射了2艘輻射帶風暴探測器(Radiation Belt Storm Probes,RBSP),直接進入並待在輻射帶中進行探測,每艘RBSP都攜有眾多感應器,得以偵測並計算高能粒子數量,測量電漿波,偵測電磁輻射強度等。任務時間預定為2年,希望試圖瞭解輻射帶的危險主要來源,以及為何無法預測何時會發生危險。

范艾倫輻射帶發現於1958年,當時造成許多科學家困惑不已。絕大部分的人認為地球周圍應該是空無一物的;美國的第一架衛星Explorer 1卻證明並非如此。Explorer 1上設有蓋格計數器(Geiger)可偵測並計算高能質子和電子的數量。當Explorer 1環繞地球時,發現地球周圍居然有大量帶電粒子,使得蓋格計數器絕大部分時間都處在超標狀態。

1950年代那時,輻射帶對一般人的影響非常小;但時至今日,輻射帶對高科技社會卻至關重要。現有數百架從氣象衛星、GPS到電視轉播等不同用途的人造衛星,常常得掠過輻射帶,使它們處在輻射帶中高能粒子衝擊的狀態下,有可能讓衛星的太陽能板損壞,或讓敏感度高的電子零件短路。尤其是在太陽活動比較活躍時,當發生電磁暴,輻射帶範圍往往會隨之擴張,更多衛星淪陷險境,衝擊地球人們依靠科技產品的日常生活。

關於輻射帶最大的謎題之一就是它們對太陽風暴的瘋狂反應—幾乎任何事都有可能在此發生。當來自太陽風暴的電漿雲衝擊到輻射帶食,輻射帶的反應往往超乎科學家的預期。一個可能的後果就是輻射待充滿了高能粒子,例如:讓太空任務規劃者最畏懼的殺手電子。然而,同樣是太陽風暴襲擊之下,卻也可能讓輻射帶中的殺手電子驟減,使得輻射帶反而變成安全地帶。事情只有二選一嗎?並不是,還有第三種情況就是:同樣在太陽風暴襲擊之下,有時可能什麼事都沒發生!完全無法預測何時會發生哪種情形,讓科學家為之氣結。

更麻煩的是,科學家對於什麼是輻射帶中最重要的現象,意見不一;如果有100個科學家參與討論,每個問題都將會得出100種不同的答案。例如:殺手電子的能量為何這麼高?有的科學家認為是電漿波造成的,有的認為是太陽風衝擊所致,有的則認為是物質擴散(diffusion)的結果,還有其他一長串的理由呢。

不過,RBSP任務的主要目的就是要縮減各個問題可能性的範圍。在太陽風暴期間,RBSP會取得輻射帶中的電磁場狀況,計算高能粒子數量,偵測各種頻率的電漿波,至少要掀開范艾倫帶神秘之書的封皮,取得可以讓各種理論模型利用的資料。如此一來,未來才能預測何時進入輻射帶是安全的,何時能履行太空漫步,或何時適合操作靈敏的電子儀器等。

資料來源:The Radiation Belt Storm Probes. NASA [August 30, 2012]

轉載自 網路天文館

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