輻射帶的變化由外在的物理因素引起，沒有表現(xiàn)出一致性的特點，比如：太陽風(fēng)暴對輻射帶的激發(fā)作用令人困惑不解，在有些太陽風(fēng)暴的情形中，輻射帶的作用得到了增強，在有些太陽風(fēng)暴的情形中，輻射帶的作用受到了消弱，而有些太陽風(fēng)暴似乎沒有對輻射帶產(chǎn)生任何影響。相似的太陽風(fēng)暴對輻射帶產(chǎn)生了十分不同的影響，范艾倫輻射帶似乎比科學(xué)家以往的理解更加神秘，在太陽風(fēng)暴加強輻射帶強度的情形中，增強的輻射能量加速了輻射帶內(nèi)的太空粒子，科學(xué)家渴求探索其中的奧秘。

兩個一組或“雙胞胎”的范艾倫探測器應(yīng)用了兩個法則，一個是徑向加速度的法則，一個是本地能量的加速度法則，兩個法則將粒子運動加速到令人稱奇的程度。在徑向加速度法則的情形中，粒子的運行軌跡與環(huán)繞地球的磁場構(gòu)成了垂直角度，遠(yuǎn)離地球的粒子遇到了低的磁場強度，接近地球的粒子遇到了高的磁場強度，在近地和遠(yuǎn)地磁場強度差的作用下，粒子運動受物理規(guī)律的支配，從遠(yuǎn)地的低磁場運動到近地的高磁場強度區(qū)域，產(chǎn)生了加速運動的過程，在朝向地球運動的過程中，粒子不斷地獲得了加速能量，好似一塊巖石從山坡滑落到山底，山頂勢能高，山底勢能低，巖石在勢能差的作用下滑落的速度越來越快。

粒子在本地能量的作用下獲得加速度，物理學(xué)家提出過一種理論假設(shè)，粒子在本地能量場獲得了加速度，好似海洋風(fēng)暴或颶風(fēng)的形成，風(fēng)暴或颶風(fēng)的能量源于本地的海水，在熱水的海面逐漸生成，然后快速地向某個方向移動。有必要區(qū)分粒子在范艾倫輻射帶獲得加速運動的兩種不同法則，科學(xué)團隊設(shè)計了兩臺范艾倫探測器，同時測量太空的兩個區(qū)域，傳感器用于測量粒子的能量、位置、粒子與地球磁場形成的運動夾角，通過對比兩個探測器的數(shù)據(jù)，科學(xué)團隊能夠確定加速粒子的能量之源，從徑向加速度和本地能量加速度的兩個法則中篩選出一個。

2012年10月9日，里夫斯帶領(lǐng)的科學(xué)團隊發(fā)現(xiàn)，有些輻射帶內(nèi)的高能電子的能量出現(xiàn)了快速增長，假如徑向加速度的法則有效，那么在徑向運動的過程中，電子將首先從遠(yuǎn)離地球的低磁場區(qū)出發(fā)，到達(dá)接近地球的高磁場區(qū)，電子不斷地從低能級區(qū)“躍遷”到高能級區(qū)，好似瀑布從高山峽谷的高處俯沖之下，水流的動能在下落中不斷加大，直到猛烈地撞擊瀑布下水池的水面，好似巖石從山坡上向下滑落，直到跌落到山谷，巖石才獲得了最大的動能或沖擊力。里夫斯的科學(xué)團隊沒有發(fā)現(xiàn)徑向加速度的情形，沒能觀測到電子從遠(yuǎn)離地球的一端向接近地球的一端移動，電子能量的增強效應(yīng)發(fā)生在輻射帶的正中間，電子向輻射帶的內(nèi)外兩側(cè)同時移動，好似在海平面形成的颶風(fēng)。

一顆衛(wèi)星探測器穿越輻射帶時，只能得到單一觀測的數(shù)據(jù)，不能觀測在其它區(qū)域同時發(fā)生的能量變化，兩顆衛(wèi)星探測器穿越輻射帶時，科學(xué)團隊可以觀測在輻射帶的不同區(qū)域中同時發(fā)生的物理參數(shù)變化。觀測數(shù)據(jù)證實了本地能量的加速機制，輻射帶的本地能量屬于電磁場能，輻射帶內(nèi)的電磁波能量增強了，激發(fā)了超級加速器的機制。輻射帶內(nèi)的超強粒子和電磁波可能摧毀進(jìn)入其中的衛(wèi)星，科學(xué)家過去對輻射帶內(nèi)的粒子和電磁波的性質(zhì)缺乏精確的了解，比如：范艾倫探測器觀測到了“合唱波”，該波產(chǎn)生了粒子的加速效應(yīng)，但科學(xué)家難以解釋輻射帶內(nèi)波和粒子的作用規(guī)律。

本地能量源于輻射帶的電磁波，科學(xué)團隊需要確定電磁波和磁場的性質(zhì)，它們對輻射帶內(nèi)的粒子形成了推動作用。范艾倫探測器可以區(qū)分不同類型的電磁波，開啟了粒子在輻射帶內(nèi)如何獲得加速度的科學(xué)大門。兩臺范艾倫探測器攜帶了五組恒定的儀器，兩個探測器衛(wèi)星檢測了磁場分布、電磁波和粒子的性質(zhì)。在目前最好的科學(xué)平臺，科學(xué)家更好地理解了處于近地太空的范艾倫輻射帶的屬性。約翰·霍普金斯大學(xué)的應(yīng)用物理實驗室接受了NASA科學(xué)使命委員會的委托，設(shè)計和建造了一對“雙胞胎”的范艾倫探測器，該探測項目被納入到一個更大的科學(xué)使命計劃，戈達(dá)德太空飛行中心主要負(fù)責(zé)探索太陽與地球物理的關(guān)聯(lián)性，地球與太陽的互動性直接影響了地球生命和人類社會的生存和變化。

（編譯：2021-7-31）

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