範艾倫輻射帶是怎樣形成的

在我們的世界中，人們發現的第一種“看不見的力”是我們第一次拿起磁鐵的時候，我們發現磁鐵會吸引其他的磁性材料。而且也會對帶電物體施加作用力。不過，磁場對帶電物體的作用方式和我們熟知的引力不一樣，引力場會把物體拉向引力源的方向，而磁場對帶電粒子的作用方式完全不同。

一個帶電粒子以任意的角度入射進磁場，磁場對移動的帶電粒子所施加力的方向總是垂直於帶電粒子的運動方向，而不是磁場的方向，因此會形成螺旋軌跡，而不是平滑的拋物線和引力作用下的橢圓。

而磁場偏轉帶電粒子的方向也在保護著地球的安全。

地球的磁場也就是讓指南針指向北方的磁場會延伸到遙遠的太空，並且保護我們免受高能帶電粒子的傷害，這些帶電粒子大部分來自太陽，而且還有少量的帶電粒子來自銀河系和宇宙空間！

如果沒有地球產生的磁場來“遮蔽”帶電粒子，那麼太陽風將對我們產生致命的傷害。

但是地球的磁場會偏轉帶電粒子的運動方向，使大部分粒子遠離地球，進入南北極，產生我們看到的極光。雖然大多數帶電粒子沒有擊中我們地球，但是有一部分帶電粒子卻被困在了我們地球的磁場中！受洛倫磁力的作用在地磁層中運動。

我們知道在我們的地球周圍有兩條高能粒子輻射帶，被稱為範艾倫輻射帶！類似於甜甜圈的形狀環繞著地球，在離地球較近的地方，有一條質子帶，稍遠一點的地方有一條電子帶。在這兩條輻射帶中有大量的帶電粒子被地球磁場“捕獲”。

目前認為範艾倫輻射帶的緯度範圍是南北緯40°~50°之間；高度範圍分兩段：內帶1500~5000km，外帶13000~20000km。而範艾倫輻射帶不僅存在於地球周圍，而且存在於每一個有強大磁場的行星周圍。其他有大量極光的行星，它們可能都有自己的範艾倫帶。

以土星為例，可能有成千上萬倍的質子和電子被困在範艾倫帶中。

但是在範艾倫帶中並不只是存在普通物質。多年來人們一直在理論上認為，反物質也應該存在於地球的範艾倫帶中！這是怎麼回事？

範艾倫帶中的反物質是咋來的？

如果有足夠的能量，製造反物質其實很容易。當一個高能質子撞擊其他粒子時，只要有足夠的能量，透過E = mc^2，就可以製造出粒子和反粒子。

然而，要想讓一個粒子進入圍繞地球的穩定軌道，最簡單的方法就是從地球本身向正確的方向發射反粒子。

那麼在地球上如何產生反物質粒子的？來自太空的高能粒子撞擊地球高層大氣，並在上層大氣中產生中子和反中子。

而這些中子最終會衰變，產生質子和反質子，其中的一些粒子會以正確的軌跡被困在範艾倫帶中！

在理論上地球應該存在反物質帶。而且我們已經在太空中發現了地球的反物質帶！在2011年一個與PAMELA實驗合作的團隊發表了一篇論文，名為《發現地磁場捕獲的宇宙射線反質子》，他們在地球周圍發現了反質子“帶”，位於正常物質的兩個範艾倫帶之間！

但是在兩個範艾倫帶之間的整個空間中只有幾毫微克的反質子！如果我們把這些反質子全部收集起來，它所包含的總能量大約相當於一個汽車電池的能量。

即使我們去太陽系中最有效的反質子捕獲行星土星，去收集反物質！我們也只能得到大約1毫克的反質子。

一毫克的反質子相當於一顆大型核彈釋放的能量，但首先我們到達土星需要的能量要比這些反質子釋放的能量要多得多。

雖然沒有什麼用。但我們知道了在地球周圍存在著反物質帶！