在今天的《自然-通讯》上，刊登了一篇论文，题为：“辐射带电子局部加热成超相对论能量”，德国地球科学研究中心的科学家的一项新研究表明，天空中辐射带中的电子可以在本地加速到非常高的速度。研究表明，磁层是一种非常有效的粒子加速器，可以将电子加速为所谓的超相对论能量。
地球磁场会捕获高能粒子。当第一批卫星发射到太空时，由詹姆斯·范·艾伦（James Van Allen）领导的科学家意外地发现了高能粒子辐射区，该地区后来以其发现者的名字命名为范·艾伦辐射带。如图所示，这样的辐射带看起来像两个环绕整个星球的甜甜圈形区域。
范·艾伦辐射带
为了更好地了解范·艾伦辐射带的起源，2012年，美国宇航局发射了范·艾伦辐射探测航天器，以穿越这个最严酷的环境并在这个危险区域进行详细的测量。测量包括以不同速度和不同方向移动的全部粒子以及等离子波。等离子体波类似于我们在水面上看到的波，但是肉眼看不到，可以将它们与电场和磁场中的波纹进行比较。
天空中的巨型粒子加速器
最近的观察表明，带中电子的能量可以上升到所谓的超相对论能量。这些电子的温度超过摄氏约560亿度（华氏1000亿度），其移动速度如此之快，以至于其运动能量远高于爱因斯坦著名公式E = mc^2所给出的静止能量。是如此之快，以至于这些粒子的时间大大地减慢了。
科学家惊讶地发现了这些超相对论电子，并假设只有通过以下两个过程的组合才能达到如此高的能量：粒子从磁层外层向内传输，这加速了它们；以及粒子通过等离子波的局部加速。
这项新的研究表明，通过从等离子波中吸收所有这些能量，电子在此辐射带的心脏局部达到了如此不可思议的能量。事实证明，此过程非常有效。粒子对超相对论能量的加速如何在近地空间中运作的意外发现，可能有助于科学家了解太阳、外行星附近、甚至在不可能太空探测、遥远的宇宙角的加速的基本过程。
参考："Local heating of radiation belt electrons to ultra-relativistic energies"Nature Communications,www.nature.com/articles/s41467-020-18053-z
