每时每刻，数万亿
带电粒子
在我们头顶疾驰而过。这些粒子主要是
质子和电子
，是物质的基本组成部分。它们以接近光速的速度运动，通常被
地球磁场
束缚在距离地球数千千米的高空。
然而，某些偶发事件会迫使它们偏离原本的轨迹，使带电粒子如同雨点般坠入地球大气层。这些高能粒子构成了
近
地空间的一个
强烈辐射区，即
范艾伦辐射带
，或称
地球辐射带
。
磁场线（青色细线）环绕地球，束缚了
带电粒子（黄色细线）。（图/
UCLA EPSS/NASA SVS
）
地球辐射带
主要由
内辐射带
和
外辐射带
两个区域组成。
一直以来，科学家认为，内辐射带
距地球约1000千米，
主要由电子和高能质子组成，
具有
较高的稳定性；
而外辐射带则距离地球更远，主要由高能电子组成，
结构高度动态，可随太阳活动的变化在短时间内剧烈波动。
然而，
发表在《自然·通讯》杂志的一项
研究通过观测地球辐射带，得出了一项出人意料的结论，促使科学家重新审视对地球内辐射带的认知。
意外的发现
在这项研究中，研究人员原本计划寻找从外辐射带快速
（亚秒级）
降落到大气层的高能电子。过去的理论认为，一种被称为“
哨声模式
合声波
”
（whistler-mode waves）
的电磁波可以扰动这些电子，使其偏离原有轨道并坠入大气层。
为了搜索此类事件，
研究团队利用算法分析了
太阳异常性/磁层粒子探索器
（SAMPEX）
数十来年收集的数据
。然而，结果却令人费解——
许多高能电子的位置与预期不符——它们并非位于外辐射带，而是位于内辐射带
。
这一发现令人疑惑，原因有二：首先，哨声模式合声波在内辐射带并不常见；其次，过去的研究表明，内辐射带中不应存在如此高能的电子。这
是否有意味着尚未被识别的机制在起作用？
在进一步的分析中，研究人员发现，
从
1996年到2006年，
内辐射带中出现了
45次
高能电子暴。这表明，
内辐射带确实偶尔会充满高能电子。然而，这些时间的发生频率及其具体触发条件仍不明确。
由于这些高能电子可能损坏航天器并危及太空人员，科学家们迫切需要弄清它们的来源，以便更好地设计航天器防护措施。
罪魁祸首：闪电
研究人员提出了一种新的假设——这些高能电子的来源，可能与地球大气层本身有关。
闪电
是雷暴期间的一种强烈的电磁放电现象，能在天空中产生耀眼的光芒，同时释放出电磁波，其中包括被称为“
闪电哨声
”
（lightning-generated whistlers）
的特殊波形。这些波可以穿越大气层进入太空，与内辐射带中的电子相互作用，
就像哨声模式合声波影响外辐射带电子一样。
为了验证这一假设，研究团队将这些电子暴事件与全球雷暴数据进行比对，结果发现，
一些电子暴确实与闪电活动相关，但并非所有情况都能用此解释
。进一步分析表明，
只有在地磁风暴
（geomagnetic storms）
之后发生的闪电，才会导致电子暴的释放
。
研究人员认为，事情的经过是这样的：雷击之后，地磁风暴
在太空中引发了一种“电子弹球游戏”，
它们与内辐射
带的电子碰撞，然后这些电子开始在地球的南北半球之间来回弹跳，每次往返只需0.2秒。随着电子不断反弹，
一部分电子会脱离辐射带，进入地球大气层。
换言之，
是地球天气
（闪电）
和太空天气
（地磁风暴）
的相互作用，共同塑造了这些高能电子的特性
。太阳活动使辐射带充满高能电子，而闪电随后触发这些电子坠入大气层，形成观测到的电子暴。
太空天气的影响
