NASA發現地球磁場外有接近光速的電子,而且無法被解釋!

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高速電子的速度快到違反當前所知的物理模型。

 在地球磁場外的空間區域,美國國家航空暨太空總署(NASA)檢測到幾乎可加速到與光一樣速度的電子,而沒有人能解釋為甚麼會出現這種情況。

事實上,以我們目前對粒子物理學上的理解,這種加速應該不可能離磁層 (magnetosphere) 太遠,而現在物理學家們正在試圖搞清楚到底是什麼樣的能量可以推動它們達到這如此驚人的速度。

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「這是一個令人困惑的情況,因為我們在那裡看到了我們覺得不應存在的高能量電子,而目前為止也沒有任何模型能解釋他們的存在」,來自太空總署戈達德 (Goddard)太空飛行中心的研究人員之一David Sibeck說。「我們的基本知識並不完整, 欠缺了一些部份。」

太空總署的THEMIS任務檢測到了高速電子,而那任務中包括發送五顆衛星到地球軌道來觀察我們星球的保護磁場如何捕獲和釋放太陽風和宇宙輻射。

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它們的主要目標是為了幫助科學家了解是什麼觸發了地磁暴,因為這些地磁暴 (geomagnetic storms)可能會嚴重的破壞地球上的通信系統,但一旦它們碰到地球磁場之外的前震邊界區域,他們掀開了一整套全新的問題。

太陽一直不斷地向我們發射高能電子,但它們都在可對我們造成任何威脅之前就被我們的超強磁場給抵擋掉了。

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當這種交互作用發生時,電子遇到磁層的最外層,稱為弓激波 (bow shock)的磁場使它們減速,然後把大多數的電子偏轉回太空。 但其中一些將被反射回太陽,形成一個高能量,超快速的電子,而它們都剛好在磁層外,一個稱為前震邊界的區域 (foreshock boundary region)。 幾十年來,人們認為這些電子是因為在弓激波彈來彈去才得到了它們的能量和速度。

物理學家認為,每次這些粒子與我們的磁屏碰撞,他們就會獲得越來越多的能量,並且可以加速到幾乎跟光一樣速度。

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但是,來自THEMIS衛星的新觀測顯示,電子也可以通過前震區本身的電磁活動獲得能量,但沒有人能解釋這如何發生。

事實上,這些電子看起來沒有到達弓激波。

「如以前所想到的,電子不可能來自於弓激波」,太空總署說道

「如果電子在弓激波中加速,它們將具有優選的運動方向和位置,與磁場線一致,並且在弓激波一個小特定區域裡離開」。 然而,團隊發現到電子往所有方向移動,而不僅僅是沿著磁場線 ,弓激波裡只有佔電子能量的十分之一。 研究人員做出了結論,那就是電子的加速之原因必定來自於前震邊界區域。

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太空總署說道, 「這些發現可能會改變現有的理論,即電子不僅可以在地球附近的區域中加速,並且還可以在整個宇宙中加速。」

該團隊計劃從THEMIS衛星收集更多的數據來確認這些電子如何被加速到如此令人難以置信的速度,但其中研究人員之一林恩·威爾遜 (Lynn Wilson)建議我們需要開始以更小的規模來思考,以找到答案。

「這似乎在表示這些難以置信的事情是小規模的東西在操作的,因為大規模的東西無法解釋它」 ,她說道

 這結果已發表在Physical Review Letters

來源: Science Alert