电子可以加速到接近光速，前提条件是等离子体密度较低时

在一场完美的太阳风暴的漩涡中，电子会被困在地球附近，在那里电子可以加速到接近光速。

这些电子是通过在被称为“等离子体”的过热，带电的气体浪中冲浪而获得的。

不过，根据波茨坦GFZ德国地球科学中心研究人员领导的一项新研究，它们只有在等离子体密度较低时才加速至近光速度。

这一发现很重要，因为如此快的电子传播对卫星和其他电子设备特别危险。

它们可以穿透屏蔽层，从而保护卫星免受太阳风暴中其他带电粒子的伤害，从而损坏敏感组件。

这种现象发生在两条Van Allen辐射带上，这两个辐射带是带电粒子的圈，以地球周围的一种甜甜圈形状捕获。

这些安全带延伸到地球表面上方约400英里至36,000英里（640至58,000千米）以上，保护我们的星球免受来自太阳的带电粒子的伤害。

但是它们还以不完全了解的方式对太阳风暴做出反应。

2012年，NASA发射了两个Van Allen Probes，在这个神秘的近太空区域进行测量。

探针以“超相对论能量”检测电子，换句话说，它们以接近光速的速度传播。

研究人员不确定电子如何变得如此高能。

一些人认为电子必须分两个阶段进行加速，首先是从皮带外部的旅程，然后又是皮带内部的旅程。

但Van Allen Probes的新数据发现不需要两个阶段。

取而代之的是，电子的速度与太阳风暴期间等离子体的背景水平密度有关。

研究合著者尤里·史普里茨（Yuri Shprits）表示：“这项研究表明，如果等离子环境的条件（等离子波和暂时性的低等离子密度）正确的话，地球辐射带中的电子可以立即被局部加速为超相对论能量。

” GFZ波茨坦的太空物理学家在一份声明中说。

通常，范艾伦带内的等离子体密度可能在每立方厘米50到100个粒子之间。

但是，当密度降至每立方厘米少于10个粒子时，电子可以从称为“合唱波”的电磁波中吸收能量，从而将其动能从几十万电子伏特提高到700万电子伏特。

（相比之下，CERN直到2020年使用的线性加速器最多可将质子加速至5000万电子伏特。

）研究人员已经怀疑合唱波可能是加速电子的罪魁祸首，但此前并未意识到只有在等离子体下才能发生这种情况。

密度是如此之低。

低密度似乎允许更有效地将能量从波传递到电子。

研究人员在1月29日发表的论文中写道：这些密度下降并不经常发生。

他们补充说：“在2015年进行观察时，正确的条件仅出现了很少的次数。

”研究人员写道：这些极端条件可能与范艾伦带的长期对流有关，即当更热、更轻的物质上升而密度更大、更冷的物质下沉时，但需要更多的研究来找出等离子体偶尔变薄的原因。