宇宙里也有百慕大

在这地球上有个百慕大三角，也不知道真假，据说飞机和船只经过这里都要被一种神秘的力量给续了，我估计是一派胡言的，但在地球周边的太空中，却实实在在存在着这样一片特殊区域，这里对航天器那是万分得不友好，不仅充满着危险，而且变幻出奇，令人捉摸不定。通信信号常在这里失灵，航天器在这里也可能遭受辐射伤害，甚至还会把卫星吞噬，绝对称得上太空百慕大，此处是范艾伦辐射带。注意是范艾伦辐射带，不是郭艾伦辐射带。

范艾伦辐射带

这个特殊的区域位于地球附近的近层宇宙空间，距地球一百到几百千米，由各种带电粒子组成，常见的粒子有几兆电子伏特能量的电子和几百兆电子伏特能量的质子，此外还有少量的氧离子和其他各种离子。这些带电粒子的辐射能量极强，它们不断地消失，又不断地喷涌而出，共同组成了环绕地球的高能量辐射带。

那么这些高能量的带电粒子来自何处呢？答案是：太阳。正是太阳辐射的高能带电粒子被地球的磁场所俘获，于是便形成了范艾伦辐射带这一特殊的区域。我们知道，地球的磁场近似于一个磁偶极子磁场，什么是磁偶极子磁场，我也不知道，总之条形磁铁的磁场就是一个典型的磁偶极子磁场，而地球也是类似的，所以这就导致地球磁极两端的磁场比较强，而中间区域的磁场比较弱。这个特殊的磁场构造，便形成了一个巨大的天然的带电粒子“俘获器”，只要有运动的带电粒子闯入，磁场就会把它们捕获，并使它们在地磁的两端来回运动。

磁偶极子磁场

地球磁场

最早对这个特殊区域做出预言的，是挪威科学家克里斯蒂安-伯克兰和卡尔-斯托默等人，值得一提的是，这个伯克兰还是最早阐明极光原理的科学家。从上世纪初开始，他们分别从理论上预言，地球的磁场一定可以利用洛伦兹力，把太阳辐射出来的带电粒子俘获在自己的磁场里，并使它们沿着一定的轨道往复运动，从而形成一个特殊的环带。同时他们还判断，正是这些带电粒子被地球磁场所俘获，才使得地球生物免遭太阳粒子的侵害。在此之后，经过了半个多世纪的大量观测，人们终于证实了这个预言。

伯克兰

被印在诺贝货币上的伯克兰

但凡事可能都是一把双刃剑，这个特殊的区域虽然保护了地球，但同时也是我们走出地球的一道难以逾越的屏障。

1958年1月31日，美国第一颗人造卫星——“探险者1号”升空。当它上升到距地面800千米的时候，出现了一件意想不到的事，那就是星载盖革计数器的读数突然下降为零。难道这个高度上，突然就不存在电磁辐射了？美国人表示他们也不知道，也有可能是盖革计数器坏了。不过就在两个月后，相似的事情又发生了。1958年3月26日，“探险者3号”在上升到同样的高度上时，又出现了同样的现象。这两个异常现象引起了艾奥瓦大学空间科学家詹姆斯-范艾伦的注意，范老师认为，此事绝对有蹊跷，绝不可能两个盖革计数器都坏掉。那么到底是什么原因呢？

探险者1号

范艾伦

美国局座

范艾伦作出了违背常规的判断，他认为，盖革计数器没有读数，并不意味着高空不存在电磁辐射，恰恰相反，一定是因为那个区域的辐射过于强大，导致盖革计数器饱和，指示器来不及做出反应，从而把探测器干坏了。当然了这个想法倒是说得通，不过要想证实还要费一番功夫。于是为了证实这个判断，范艾伦想出了一个巧妙的办法。

1958年7月26日，“探险者4号”发射升空，在探险者4号的盖革计数器的前端，范艾伦加盖了一块薄铅片，以此作为过滤器来挡住一部分辐射，果不其然，计数器失灵的现象不再发生，由此便证实了范艾伦的判断。从此，地球高空的范艾伦辐射带正式被揭示了出来，它正是存在于地球周围的一个强电磁辐射带。1959年，范艾伦把这一结果发表出来，由于这一发现，范艾伦成为了当年5月份《时代周刊》的封面人物，并当选为美国国家科学院院士。

相比于这些个人成就更为重要的是，范艾伦的发现还开创了一个崭新的研究领域，这就是磁层物理学研究。到目前为止，全球共有20多个国家、1000多名科学家在从事于这一领域的研究，研究课题包括辐射带的成因、粒子的运动规律、辐射作用、危害与防护等等。

随着研究的不断深入，当年范艾伦与斯托默等人的很多预言也一一被证实，比如范艾伦辐射带的带电粒子确实来自于太阳风，它们被地球磁场所俘获，在地球磁极的两个转折点间来回运动并形成了范艾伦辐射带，而随着运动不断有电磁辐射发生。与此同时，由于受到太阳磁暴的影响，地球磁层受到扰动，也使得范艾伦辐射带在不断地发生变形，不少高能带电粒子逸出，它们随着地球的磁力线进入大气层，激发空气分子从而出现了极光现象。

最初的时候，人们发现范艾伦辐射带是两层结构，内层多为高能质子，外层多为高能电子。但后来人们发现，范艾伦辐射带的结构远比想象的要复杂得多，它居然还有第三层。

2012年8月30日，为研究范艾伦辐射带的结构，NASA发射了“辐射带风暴探测器”。这是一对双子卫星，它们在围绕着地球的椭圆轨道上持续运行两年，配备了耐辐射的电子器件和保护镀层，使其能在穿过辐射带时，经受住连续60天的恶劣辐射。最终，这对双子卫星不负众望，升空之后仅3天，2012年9月2日，科学家们便从它们传回数据中发现，范艾伦辐射带不仅具有着极大的可变性，而且还存在着一个异常超高能的电子辐射区，这便是范艾伦第三层辐射带。

辐射带风暴探测器

相比于第一层和第二层辐射带，这个第三层辐射带那是不知道远到哪里去了。其位于距地球13000-60000千米处，也就是3-10倍的地球半径范围内，由高能相对论性带电粒子所组成，也就是说它们的移动速度接近光速。之所以跑得这么快，是因为它们是太阳剧烈活动的日冕喷发所导致的。

另外，与两个内层辐射带相比，范艾伦第三辐射带受太阳活动的影响更大，经常性地剧烈膨胀或收缩，其变化幅度之大、变化之紊乱更是难以解释。当太阳风暴来临时，它可以膨胀到原来的100倍，但有时又莫名其妙地突然收缩。毫无疑问，对于航天器来说，这是重大的威胁，因为辐射强度大和突然的变化，都会使航天员、航天器和星载仪器，由于猝不及防而发生意外。总之，研究仍在继续，但我们知道，一个小小的范艾伦辐射带是阻挡不了人类进军太空的雄心的，仰头可以望见，低头可以想念，纵有脱不掉的帽檐，又岂能挡住蓝天。