什麼是范艾倫帶,它困住人類了嗎?


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什麼是范艾倫帶,它困住人類了嗎?

1969年由NASA主導的人類登月計劃阿波羅11號成功將2名宇航員成功送上了月球,全人類為此歷史性的時刻歡欣鼓舞,但與此同時,另外一種聲音卻出現了。

當時很多人認為探測器離開地球是可能的,但是探測器要想載人離開地球絕無可能,所以登月是造假,因為當時人們已經知道,在地球周圍,在大氣之外,還有兩個巨型“甜甜圈”包裹著地球。

這兩個“甜甜圈”裡麵包含著大量的高能帶電粒子,它們所攜帶的能量足以在短時間內使任何生命接受過量的輻射劑量,造成永久性的損傷甚至是死亡。

這兩個“甜甜圈”形狀的地帶就是我們常說的範艾倫輻射帶。

範艾倫輻射帶

上圖就是兩層範艾倫輻射帶的形狀,一內一外將地球包裹在內,形似兩個甜甜圈。它倆的位置遠在地球大氣層之上。

上圖就是地球大氣層的分佈和範圍,其中對流層和平流層中的大氣質量就占到了地球總大氣量的95%,高度50公里,在往上大氣就會變得相當稀薄。

超過卡門線100公里的範圍就到了熱成層,已經屬於傳統意義上的外太空的,任何航天器超過這個高度都屬於航天的範疇。

例如國際空間站軌道大約400公里,哈勃望遠鏡軌道大約560公里,不過地球的大氣越往上越彌散,沒有一個真正意義上的停止點;

但到了1000公里之上,那裡屬於逸散層,兩個空氣分子之間的距離能夠達到數十公里,可以說基本無大氣。

而范艾倫輻射帶內帶的範圍在1500到5000公里之間,外帶範圍在13000~20000公里之間,這個距離遠遠超過實際意義上的大氣層,就算是在地球軌道上運行的衛星也不會於輻射帶有交際。

那麼範艾倫帶是如何形成的?

從圖中不難看出它跟地球的磁場有關。

我們知道地球有磁場,這得益於地球熔融的地核以及自轉,使得地球像一個發電機一樣。而帶電粒子在磁場中運動的時候就會受到垂直於運動方向的力,這個力叫洛倫茲力。

起到了對帶電粒子方向偏轉的作用,因此地球磁場保護了地球上的生命,讓太陽風中的電子和質子不會大量的轟擊地球。

上圖就顯示了一個質子在衝擊地球的時候所受到的洛倫茲力的偏轉作用,而最終這個電子的質子就會沿著磁場線運動,並且被困在地球磁場之內。

大量的這樣的帶電粒子被困在一定的範圍內,就形成了一個帶電粒子密集的輻射帶,這就是范艾倫輻射帶的來源。

它的甜甜圈形狀正是反應了地球磁場的形狀。在內帶中這里大部分是帶正電的質子,能量高度數百兆電子輻射,速度接近光速;

外帶中基本上是帶負電的電子,能量高達數兆電子伏特,速度同樣與光速難以區分。

輻射帶越往邊緣帶電粒子的密度越低,由於輻射帶跟磁場的形狀一樣,所以它呈現甜甜圈造型,並沒有完全包裹住地球,範圍在北緯50度到南緯50度之間。

當太陽風爆發的時候,地球磁場會被擾動變形,這時困在磁場中的帶電離子會溢出進入地球的南北極,轟擊大氣中的氧原子,並且激發它們,當氧原子中的電子落回基態的時候,就會釋放出綠色的激光。

在輻射帶內其中高速運行的帶電粒子就跟地面上的粒子加速器一樣,對任何生命都有很強的輻射,是沒有任何生命可以完好的穿過範艾倫帶的。

同時範艾倫帶,也會對運行在其中的電子設備,包括載人飛行器、衛星造成破壞。

所以人類想穿越範艾倫帶直接去往月球,去往火星是不現實的。

這也是為何一直以來有人認為NASA載人登月是假的原因。

他們說得沒錯,人類確實不能穿越範艾倫帶,但是幸運的是范艾倫帶並沒有把地球封死。畢竟它是甜甜圈,並不是球體。只要留一點空隙,人類都能偷偷地鑽出去。

我們知道輻射對人體會有傷害,但是這也是要談劑量的。而劑量取決於粒子攜帶的能量、粒子的密度、以及遭受輻射時間的長短。

在阿波羅任務中,人類離開地球的時候就是最小化了第二個因素:遭受的粒子密度,將它盡量降到最低,甚至是繞開範艾倫帶。

尤其是范艾倫帶的內層,大小範圍十分的確定,而且它的覆蓋面積很小,完全擋不住人類,唯獨是第二層,範圍很大(也就是甜甜圈很大),而且範圍不是十分的確定,且它的範圍還會經常的變化。

但是我們依然能夠找到粒子密度稀疏的地方快速地穿越過去,將輻射降到最低。

在阿波羅的任務中,飛船上的輻射計數器得出來的數據顯示,宇航員平均輻射劑量是0.38拉德,這大約是兩次頭部CT掃描的輻射劑量。

所以,在地球之外確實有兩個大範圍的輻射密集區,那裡面猶如粒子對撞機一樣,任何生命形式都無法生存。

但是幸運的是,它並沒有把地球封死,給人類留下走出地球的窗口。

範艾倫帶是如何發現的?

上世紀初就有物理學家通過理論證明了,地球的磁場會捕獲一些帶電粒子,形成一個陷阱把它們困住。

但這個理論在當時無法證明,畢竟那是人類還沒有能力發射火箭。

直到1958年NASA發射的探測器探索者1號才確實了這個輻射帶的存在,並且以領導這個項目的科學家命名,所以叫範艾倫輻射帶。

有人會覺得,這個輻射帶的存在是不是有啥深意,例如想保護地球?還是想困住人類?

其實什麼深意也沒有,它完全是地球磁場和太陽風粒子相互作用的結果。既不能保護地球,也不能困住人類。只是給人類帶來了一些小小的困擾而已。