您当前的位置: 首页 >  博客资讯

什么是范艾伦带,它困住人类了吗?

1969年由NASA主导的人类登月计划阿波罗11号成功将2名宇航员成功送上了月球,全人类为此历史性的时刻欢欣鼓舞,但与此同时,另外一种声音却出现了。

当时很多人认为探测器离开地球是可能的,但是探测器要想载人离开地球绝无可能,所以登月是造假,因为当时人们已经知道,在地球周围,在大气之外,还有两个巨型“甜甜圈”包裹着地球。

这两个“甜甜圈”里面包含着大量的高能带电粒子,它们所携带的能量足以在短时间内使任何生命接受过量的辐射剂量,造成永久性的损伤甚至是死亡。

这两个“甜甜圈”形状的地带就是我们常说的范艾伦辐射带。

范艾伦辐射带

上图就是两层范艾伦辐射带的形状,一内一外将地球包裹在内,形似两个甜甜圈。它俩的位置远在地球大气层之上。

上图就是地球大气层的分布和范围,其中对流层和平流层中的大气质量就占到了地球总大气量的95%,高度50公里,在往上大气就会变得相当稀薄。

超过卡门线100公里的范围就到了热成层,已经属于传统意义上的外太空的,任何航天器超过这个高度都属于航天的范畴。

例如国际空间站轨道大约400公里,哈勃望远镜轨道大约560公里,不过地球的大气越往上越弥散,没有一个真正意义上的停止点;

但到了1000公里之上,那里属于逸散层,两个空气分子之间的距离能够达到数十公里,可以说基本无大气。

而范艾伦辐射带内带的范围在1500到5000公里之间,外带范围在13000~20000公里之间,这个距离远远超过实际意义上的大气层,就算是在地球轨道上运行的卫星也不会于辐射带有交际。

那么范艾伦带是如何形成的?

从图中不难看出它跟地球的磁场有关。

我们知道地球有磁场,这得益于地球熔融的地核以及自转,使得地球像一个发电机一样。而带电粒子在磁场中运动的时候就会受到垂直于运动方向的力,这个力叫洛伦兹力。

起到了对带电粒子方向偏转的作用,因此地球磁场保护了地球上的生命,让太阳风中的电子和质子不会大量的轰击地球。

上图就显示了一个质子在冲击地球的时候所受到的洛伦兹力的偏转作用,而最终这个电子的质子就会沿着磁场线运动,并且被困在地球磁场之内。

大量的这样的带电粒子被困在一定的范围内,就形成了一个带电粒子密集的辐射带,这就是范艾伦辐射带的来源。

它的甜甜圈形状正是反应了地球磁场的形状。在内带中这里大部分是带正电的质子,能量高度数百兆电子辐射,速度接近光速;

外带中基本上是带负电的电子,能量高达数兆电子伏特,速度同样与光速难以区分。

辐射带越往边缘带电粒子的密度越低,由于辐射带跟磁场的形状一样,所以它呈现甜甜圈造型,并没有完全包裹住地球,范围在北纬50度到南纬50度之间。

当太阳风爆发的时候,地球磁场会被扰动变形,这时困在磁场中的带电离子会溢出进入地球的南北极,轰击大气中的氧原子,并且激发它们,当氧原子中的电子落回基态的时候,就会释放出绿色的激光。

在辐射带内其中高速运行的带电粒子就跟地面上的粒子加速器一样,对任何生命都有很强的辐射,是没有任何生命可以完好的穿过范艾伦带的。

同时范艾伦带,也会对运行在其中的电子设备,包括载人飞行器、卫星造成破坏。

所以人类想穿越范艾伦带直接去往月球,去往火星是不现实的。

这也是为何一直以来有人认为NASA载人登月是假的原因。

他们说得没错,人类确实不能穿越范艾伦带,但是幸运的是范艾伦带并没有把地球封死。毕竟它是甜甜圈,并不是球体。只要留一点空隙,人类都能偷偷地钻出去。

我们知道辐射对人体会有伤害,但是这也是要谈剂量的。而剂量取决于粒子携带的能量、粒子的密度、以及遭受辐射时间的长短。

在阿波罗任务中,人类离开地球的时候就是最小化了第二个因素:遭受的粒子密度,将它尽量降到最低,甚至是绕开范艾伦带。

尤其是范艾伦带的内层,大小范围十分的确定,而且它的覆盖面积很小,完全挡不住人类,唯独是第二层,范围很大(也就是甜甜圈很大),而且范围不是十分的确定,且它的范围还会经常的变化。

但是我们依然能够找到粒子密度稀疏的地方快速地穿越过去,将辐射降到最低。

在阿波罗的任务中,飞船上的辐射计数器得出来的数据显示,宇航员平均辐射剂量是0.38拉德,这大约是两次头部CT扫描的辐射剂量。

所以,在地球之外确实有两个大范围的辐射密集区,那里面犹如粒子对撞机一样,任何生命形式都无法生存。

但是幸运的是,它并没有把地球封死,给人类留下走出地球的窗口。

范艾伦带是如何发现的?

上世纪初就有物理学家通过理论证明了,地球的磁场会捕获一些带电粒子,形成一个陷阱把它们困住。

但这个理论在当时无法证明,毕竟那是人类还没有能力发射火箭。

直到1958年NASA发射的探测器探索者1号才确实了这个辐射带的存在,并且以领导这个项目的科学家命名,所以叫范艾伦辐射带。

有人会觉得,这个辐射带的存在是不是有啥深意,例如想保护地球?还是想困住人类?

其实什么深意也没有,它完全是地球磁场和太阳风粒子相互作用的结果。既不能保护地球,也不能困住人类。只是给人类带来了一些小小的困扰而已。