當您抬頭仰望天空時，地球周圍的空間可能看起來就像一首歌一樣清晰，但是有很多事情我們看不到。近年來，研究被地球磁場捕獲的輻射的探針發現了一些奇特的東西-電子以接近光速的速度滑行。

僅此而已不是奇特的部分。在宇宙中，由宇宙粒子加速器增強的電子是近光速或相對論電子。奇特的是，偶爾會出現超快，超相對論的電子-但僅在某些太陽風暴期間出現，而在其他太陽風暴期間則沒有。

由德國GFZ德國地球科學中心的空間物理學家Hayley Allison領導的一組科學家剛剛弄清了原因。這一切都與包裹在地球周圍的看不見的，充滿粒子的輻射帶有關。

研究人員發現，只有在太陽風暴來臨之前輻射帶中的等離子體已經大大耗盡，電子才能達到這些超相對論速度。

這些皮帶被正式稱為Van Allen輻射帶，位於幾乎緊緊圍繞地球的空間之內。內帶的高度從640到9600公里（400到6000英里），外帶的高度從13500到58000公里。它們是地球磁場捕獲太陽風中帶電粒子的區域。

在地球上，這些區域不會顯著影響我們的日常生活（儘管我們一定會注意到它們是否消失了，太陽風可以用帶電粒子自由地撞擊我們），但是周圍的空間區域我們將大部分衛星放置在海拔約2,000公里的行星上。在這裡，知道什麼樣的太空天氣可以產生超相對論電子是有用的。

當加速到如此高的速度時，這些電子成為危險。由於它們的高能量，即使是最好的遮蔽也無法將其拒之門外，而且當它們穿透航天器時，其電荷會破壞敏感的電子裝置。

因此，艾莉森（Allison）和她的團隊著手分析範·艾倫（Van Allen）探測器的資料.2012年，這對雙飛船發射升空以研究範·艾倫（Van Allen）帶（在2019年停用）。

在這段時間裡，這些探測器記錄了幾場太陽風暴，這些強烈事件發生在太陽爆發中，太陽風和輻射使地面磁層受到震動。

他們正在尋找發現為什麼其中一些風暴導致超相對論性電子，而另一些卻沒有。他們特別希望檢查等離子體。

眾所周知，等離子波（電場和磁場的波動）會對電子產生加速作用，就像喚醒衝浪者使用水波來加速一樣，它可以“衝浪”等離子波。

和太陽風暴是眾所周知的激發圍繞地球等離子體波; 實際上，範·艾倫（Van Allen）探針有助於發現地球周圍的所謂“合唱”等離子波可以加速電子，儘管僅憑這種效應就不足以解釋觀察到的超相對論電子。研究人員認為必須發生某種兩步加速過程。

因此，研究小組將Van Allen探測器的等離子體觀測結果與有或沒有超相對論電子的太陽風暴進行了比較，以試圖弄清楚到底發生了什麼。

血漿密度很難直接測量，但研究小組能夠從電場和磁場的波動中推斷出密度。研究人員發現，超相對論電子與血漿密度的極度減少和合唱波的存在相關。

結果表明，超相對論電子不需要兩步加速過程，如以前認為的那樣。

儘管該團隊專注於最極端的電子速度，但他們還發現，當等離子體密度較低時，與等離子體密度較高時相比，合唱波在較短的時間尺度上將電子加速至相對論速度。

GFZ德國地球科學中心的物理學家Yuri Shprits解釋說： “這項研究表明，只要等離子環境的條件（等離子波和暫時的低等離子密度）正確，地球輻射帶中的電子就可以迅速地區域性加速為超相對論能量。”和德國波茨坦大學。

“這些粒子可以看作是在等離子體波上衝浪。在等離子體密度極低的區域，它們僅能從等離子體波中吸收大量能量。類似的機制可能在外行星的磁層中起作用，如木星或土星和在其他天體物體中。”