地球磁场外有接近光速的电子 科学无法解释(图)



高速电子的速度快到违反当前所知的物理模型。(网络图片)

在地球磁场外的空间区域,美国国家航空暨太空总署(NASA)检测到几乎可加速到与光一样速度的电子,而没有人能解释为什么会出现这种情况。

事实上,以我们目前对粒子物理学上的理解,这种加速应该不可能离磁层(magnetosphere)太远,而现在物理学家们正在试图搞清楚到底是什么样的能量可以推动它们达到这如此惊人的速度。

“这是一个令人困惑的情况,因为我们在那里看到了我们觉得不应存在的高能量电子,而目前为止也没有任何模型能解释他们的存在”,来自太空总署戈达德(Goddard)太空飞行中心的研究人员之一David Sibeck说。“我们的基本知识并不完整,欠缺了一些部份。”

太空总署的THEMIS任务检测到了高速电子,而那任务中包括发送五颗卫星到地球轨道来观察我们星球的保护磁场如何捕获和释放太阳风和宇宙辐射。

它们的主要目标是为了帮助科学家了解是什么触发了地磁暴,因为这些地磁暴(geomagnetic storms)可能会严重的破坏地球上的通信系统,但一旦它们碰到地球磁场之外的前震边界区域,他们掀开了一整套全新的问题。

太阳一直不断地向我们发射高能电子,但它们都在可对我们造成任何威胁之前就被我们的超强磁场给抵挡掉了。

当这种交互作用发生时,电子遇到磁层的最外层,称为弓激波(bow shock)的磁场使它们减速,然后把大多数的电子偏转回太空。但其中一些将被反射回太阳,形成一个高能量,超快速的电子,而它们都刚好在磁层外,一个称为前震边界的区域(foreshock boundary region)。几十年来,人们认为这些电子是因为在弓激波弹来弹去才得到了它们的能量和速度。

物理学家认为,每次这些粒子与我们的磁屏碰撞,他们就会获得越来越多的能量,并且可以加速到几乎跟光一样速度。

但是,来自THEMIS卫星的新观测显示,电子也可以通过前震区本身的电磁活动获得能量,但没有人能解释这如何发生。

事实上,这些电子看起来没有到达弓激波。

“如以前所想到的,电子不可能来自于弓激波”,太空总署说道。

“如果电子在弓激波中加速,它们将具有优选的运动方向和位置,与磁场线一致,并且在弓激波一个小特定区域里离开”。然而,团队发现到电子往所有方向移动,而不仅仅是沿着磁场线,弓激波里只有占电子能量的十分之一。研究人员做出了结论,那就是电子的加速之原因必定来自于前震边界区域。

太空总署说道,“这些发现可能会改变现有的理论,即电子不仅可以在地球附近的区域中加速,并且还可以在整个宇宙中加速。”

该团队计划从THEMIS卫星收集更多的数据来确认这些电子如何被加速到如此令人难以置信的速度,但其中研究人员之一林恩·威尔逊(Lynn Wilson)建议我们需要开始以更小的规模来思考,以找到答案。

“这似乎在表示这些难以置信的事情是小规模的东西在操作的,因为大规模的东西无法解释它”,她说道。

责任编辑:陈钢

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