第26章 范·艾伦辐射带：太空百慕大（1958.7.26）

“探险者—1”号卫星的科学贡献，是发现了范·艾伦辐射带。从范·艾伦辐射带开始，人类开创了空间探测学、空间天气学、空间辐射学、航天医学等学科，不但为未来航天器设计和制造提供了理论依据，也为太空航行指引了航向。

神秘的太空，总有神秘的事情发生。最先研究北极光的挪威科学家伯克兰和研究高能粒子的美国籍希腊物理学家克里斯托菲洛斯，从各自专业角度提出太阳风暴对地球磁场的影响。为什么会发生北极光呢？1903年，挪威数学家、物理学家卡尔·斯托默认为：在地球周围应该存在一个带电粒子捕获区，激发北极光。他提出粒子被困在磁场的可能性，并给出被困粒子的轨道。卡尔·斯托默仅仅是猜想，从计算和理论上证明地球周围存在一个神秘而危险的空间。这样的空间真的存在吗？

1958年2月1日，“探险者—1”号卫星发射升空后，测控人员报告卫星的内部和外壳温度一切正常。当飞行到高1000千米时，“探险者—1”号卫星的盖革计数器读数开始下降，而且飞行越高下降越大，直至0，达到令人难以置信的辐射强度。这是一个不正常的情况。

空间物理学家范·艾伦研究认为：这是盖革计数器遭到超量的高能带电粒子辐射最终失灵造成的。1958年3月26日，“探险者—3”号卫星发射，飞离地球10万千米。范·艾伦猜测：盖革计数器仍会发生读数下降到0的情况。事实果然如此。

同年7月26日，美国又发射了“探险者—4”号。为了验证高能带电粒子辐射，范·艾伦在盖革计数器前端加入一片薄薄的铅片。铅片可以阻挡或减少高能带电粒子辐射，卫星证实了范·艾伦的猜测，盖革计数器读数下降很少。范·艾伦因此证实了高能带电粒子辐射的猜测，也证实了卡尔·斯托默的猜想是正确的。

辐射带里的高能带电粒子来自哪里？根据太阳动力学原理，高能带电粒子主要来自太阳风暴，是被地球磁场俘获的宇宙射线粒子。它们由高能电子和高能质子组成，分布在海拔1000～60000千米高度之间，形成辐射带。高能带电粒子在辐射带内来回运动，但不能逃出辐射带，也不会直接危害地球。当高能带电粒子大量辐射，并侵入地球南北极大气层，会激发电光。这就是绚丽多彩的极光。

为了表彰范·艾伦的杰出贡献，高能带电粒子辐射带被命名为范·艾伦辐射带。范·艾伦辐射带共两条，像两只环绕地球的巨大甜甜圈：一条为被困质子形成的内辐射带，高度在地面2000～8000千米之间；另一条为被困电子形成的外辐射带，在海拔15000～20000千米高度之间。两条辐射带之间的缝隙称为安全带，辐射和高能带电粒子较稀少。

科学证明，地球磁场并不会阻碍人类进行宇宙探索，但太阳风暴会危害地球电力设备、无线电通信、卫星通信、航天发射和航空航海。由于高能带电粒子穿透力很强，对卫星、宇宙飞船、航天飞机、空间站和空间探测器等航天器造成辐射，对宇航员、太空旅行有一定危害性，范·艾伦辐射带也被誉为太空“百慕大”。

如何避免太空“百慕大”辐射？首先，航天器覆盖防护层，穿上“盔甲”；电子仪器设计为防辐射，增强“免疫力”；可迅速通过不停留，学会“跑步”；按规定的轨道高度运行，避免“走错路”；特别要注意空间天气预报，提高警惕性。由于范·艾伦辐射带分布范围有限，卫星大部分在辐射带之间的安全带或之外的空间飞行，尽量避开这个高度禁区是最佳方案。