神秘“内鬼”作祟：地球“牢不可破”的保护屏障被撕开了一条口子

太阳风暴可致地球保护性屏障局部退缩并产生有害辐射。

“牢不可破”的屏障（红色虚线）。Nagoya University

两年前的2024年，一次强烈的太阳风暴来袭，地球的中纬度地区出现了极光。近日，一篇发表在《地球物理研究快报》上的文章称，这场风暴可能在地球的磁层屏障上撕开了一道口子，导致原本就存在于地球附近的一些电子在瞬间加速到了相对论速度。

地球附近存在着所谓的范·艾伦（Van Allen）辐射带。该辐射带是地球抵御来自太阳的高能电子以及其他离子的首要防线。它分为两层，内层主要由质子构成；而外层主要是高能电子。

2014年，人们发现在地球上空约11500千米处，存在着一道隐形的屏障，能够阻挡来自太阳的以相对论速度飞行的高能电子，保护其内侧的地球周边区域免受这种最危险的辐射伤害。这道屏障常又被称为“不可穿透的屏障（impenetrable barrier）”，或“不可穿透的垫垒”。

日本名古屋大学的三好义澄（Yoshizumi Miyoshi）等人在文中表示，日本荒濑（Arase）卫星（又称“地球空间能量与辐射探索”卫星，得名于日本的荒濑川）发现，2024年5月太阳风暴强度达到顶峰时，其探测到的超相对论电子水平高出典型背景值5000倍。虽然这种情况以前也曾在太阳风暴期间出现过，但荒濑卫星提供的关键数据，能让研究人员通过能量和运动，追踪到与这些电子空间分布有关的信息。而就是这些信息，让人们感到了一丝不安。

通常来说，如果电子是从屏障外部进入的，那么相关指标应该非常清楚地显示出其从外部空间向地球进入而表现出的下降趋势。但荒濑卫星的数据显示，电子水平在这道屏障所在的位置，出现了一个明显的尖峰。这是空间物理学中局部加速的确凿证据，表明这些电子在它们被探测到的位置被加速了。

“牢不可破”的屏障被“内鬼”撕裂了。左中右分别对应太阳风暴来临之前、受太阳风暴影响的主要阶段、恢复阶段。Nagoya University

研究人员称，是一种所谓的“合声波（chorus wave）”加速了这些电子。在一般情况下，内辐射带被等离子层覆盖，充满了带电气体。这些气体能够吸收电磁波的能量，因而可以很好地抑制高频电磁波。但当太阳风暴来袭之时，等离子层受到挤压，被推向地球方向，其原本所在的位置出现了一个空洞。

叠加所谓“负电离层暴”——太阳风暴发生时电离层特定区域电子密度大幅下降的现象，此时该区域的电磁环境变得极为空旷，为“合声波”的出现创造了绝佳条件。

所谓“合声波”是一种由较低能粒子产生的低频电磁波，因其被转换为音频后听起来像林中群鸟合鸣而得名。在缺乏等离子体的环境中，“合声波”能极其有效地将能量传递给周围的低能电子，将这些电子的能量由不足百万电子伏，提升到数百万电子伏，从而在原本不可能的区域内制造出高能电子辐射。

2018年3月荒濑卫星探测到的升频“合声波”波形图，以及据此转换成的音频。Erg Science Center

根据2018年5月荒濑卫星探测到的降频“合声波”转换成的音频。Erg Science Center

这些高能辐射同时向地球和太空两端扩散了数月，直至5个月后另一次太阳风暴来袭，磁场状态被再次改变，这种异乎寻常的现象才消失。

这是一种新的空间天气灾害。局部辐射的产生，并非由太阳风暴直接引发，而是地球保护性屏障局部退缩的结果。随着人类空间活动范围的日益扩大，未来可能需要更多的防范措施，来保护我们敏感的电子设备和生物载荷。

参考

2024 solar storm triggered ultra-relativistic electrons inside Earth’s “impenetrable barrier”

https://en.nagoya-u.ac.jp/news/articles/pr-2024-solar-storm-triggered-ultra-relativistic-electrons-inside-earths-impenetrable-barrier/

Local Acceleration of Multi-MeV Electrons Inside Earth's Impenetrable Barrier During the May 2024 Superstorm

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2026GL125879