本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
从目前太阳爆发的众多耀斑来看，它很有可能在明年年初达到下一个活动高峰。随着这个高峰的临近，我们可以预期太阳会爆发更多巨大的能量，并向我们发送大量的带电粒子，有时还会发送磁场。这些反过来将导致更多奇妙的光显示，你可能已经看到（或至少听说过）最近这些光显示从北极向赤道方向蔓延。
这些光秀是地球上空正在发生地磁暴的可见迹象。但还有另一种与北极光同时发生的现象，你根本不会注意到。环绕我们星球，远高于大气层的地方，是一个甜甜圈形状的带电粒子环，由地球磁场固定在原位。事实上，有两个这样的环。它们被称为内范艾伦带和外范艾伦带。
范艾伦带于 1958 年被发现，是太空时代的首个重大科学发现。在地磁暴期间，范艾伦带中的电子已知会消失——但在几小时后又会返回。这种奇怪的现象最早在 20 世纪 60 年代被发现，并且一直困扰着物理学家。
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他们肯定认为，在地磁暴高峰期，来自太阳的许多高能粒子撞击地球大气层，范艾伦带中的电子应该会更多，而不是更少？
一篇新的论文在线发表在《自然物理》上，似乎找到了答案：电子被来自太阳的粒子扫走了。
来自加州大学洛杉矶分校的德鲁·特纳和他的同事（也在加州大学洛杉矶分校）使用了来自三个不同航天器的数据进行这项研究：THEMIS、GOES 和 POES 航天器。
THEMIS 代表亚暴期间事件和宏观尺度相互作用的时间历史（也是一位希腊女神的名字，我猜这并非完全巧合），是美国宇航局的一项任务，旨在调查是什么导致极光从缓慢地划过天空到在几分钟内快速舞动。它由五颗相同的卫星组成，这些卫星每四天在北美上空排成一列，以见证极光。
最初的 THEMIS 任务于 2009 年结束。现在，其中两颗卫星已被送往绕月球轨道运行，只有三颗仍靠近地球。这三颗卫星与两颗 GOES（地球静止运行环境卫星）和六颗 POES（极地运行环境卫星）航天器组队，这两者均由美国国家海洋和大气管理局 (NOAA) 运行，其中 POES 也由欧洲气象卫星开发组织联合运行，以见证去年 1 月 6 日发生的小型地磁暴。
THEMIS 和 GOES 都在赤道附近绕地球运行，POES 在较低的高度占据极地地区，并且每天多次穿过范艾伦带。
有几种太阳现象会导致地磁暴。日冕物质抛射，或 CME，是我们经常听到的一个，可能是因为美国宇航局的太阳动力学天文台 (SDO) 最近一直在谈论它们的惊人图像。但 2011 年 1 月 6 日风暴的原因是所谓的同旋转相互作用区 (CIR)。 CIR 的产生是因为来自太阳的粒子流有两种不同的速度：快速和慢速。快速流超过慢速流会在两者之间的边界处引起湍流并产生 CIR。
在 1 月 6 日的风暴期间，外范艾伦带中的几颗卫星注意到电子“失踪”——它们似乎消失了，但在大约六小时后又重新出现。
特纳和他的同事查看了来自 THEMIS、GOES 和 POES 卫星的数据，发现虽然一些低能量的电子似乎已被随 CIR 进入风暴的电子所取代，但高能量的电子却被推出范艾伦带并远离地球。
一些物理学家认为，电子可能在地磁暴期间从带中向下坠落，但这项新研究清楚地表明，它们似乎是被向上和向外推走的。这似乎是一个小小的区别，但如果我们想妥善保护在其中飞行的卫星，有关范艾伦带如何工作的信息非常重要。
美国宇航局即将执行的任务——辐射带风暴探测器 (RBSP) 应该能够帮助更全面地解答范艾伦带在这些风暴期间会发生什么。它计划于今年八月发射——正好赶上见证在下一个太阳极大期来临之前将要到来的许多太阳风暴。
参考文献
Turner, D., Shprits, Y., Hartinger, M., & Angelopoulos, V. (2012). Explaining sudden losses of outer radiation belt electrons during geomagnetic storms Nature Physics DOI: 10.1038/nphys2185