我們都知道，光速是指光波或電磁波在真空或介質(zhì)中的傳播速度。真空中的光速是目前所發(fā)現(xiàn)的自然界物體運(yùn)動(dòng)的最大速度。 物體的質(zhì)量將隨著速度的增大而增大，當(dāng)物體的速度接近光速時(shí)，它的質(zhì)量將趨于無窮大，所以有質(zhì)量的物體達(dá)到光速是不可能的。只有 靜止質(zhì)量為零的光子，才始終以光速運(yùn)動(dòng)。人類目前無法達(dá)到光速運(yùn)行。

愛因斯坦

一百多年前，愛因斯坦已經(jīng)提出了狹義相對(duì)論，它改變了我們理解光的方式。到了1919年5月29日，日食的測(cè)量為愛因斯坦的廣義相對(duì)論提供了證據(jù)。到了今天，它為研究粒子是如何在太空中運(yùn)動(dòng)提供了指導(dǎo)，為保證航天器和宇航員免受輻射危害的關(guān)鍵研究領(lǐng)域。

狹義相對(duì)論表明，光粒子、光子以約每秒30萬公里的恒定速度在真空中運(yùn)動(dòng)，這種速度是非常難以實(shí)現(xiàn)和無法超越的。然而在太空中，從黑洞到我們的近地環(huán)境，粒子實(shí)際上被加速到難以置信的速度，有些甚至接近光速。

NASA一直在研究這些超高速粒子（或者說相對(duì)論粒子）是如何加速的，最終可以幫助我們探索太陽系，還可以讓我們更多地了解銀河系鄰居：一個(gè)瞄準(zhǔn)良好的近光速粒子可以在星載電子設(shè)備上飛行，而過多的粒子會(huì)對(duì)太空中的宇航員產(chǎn)生輻射影響。

巨大無形的磁爆炸發(fā)生在地球周圍

NASA找到三種加速的方式。

一、電磁場(chǎng)

將粒子加速到相對(duì)論速度的過程都是在電磁場(chǎng)中工作，它與磁鐵保持在冰箱上的力相同。電場(chǎng)和磁場(chǎng)，就像同一枚硬幣的兩面一樣，共同作用，以相對(duì)論速度在整個(gè)宇宙中攪動(dòng)粒子。

本質(zhì)上，電磁場(chǎng)加速帶電粒子，是因?yàn)榱Ｗ釉陔姶艌?chǎng)中受到一種推動(dòng)它們前進(jìn)的力，類似于重力對(duì)有質(zhì)量物體的引力。在適當(dāng)?shù)臈l件下，電磁場(chǎng)能以接近光速加速粒子。

在地球上，電場(chǎng)通常被利用在更小的尺度上，以加速實(shí)驗(yàn)室中的粒子。粒子加速器，像大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)和費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室，使用脈沖電磁場(chǎng)將帶電粒子加速到光速的99.99999896%。在這種速度下，粒子可以被粉碎在一起，產(chǎn)生巨大能量的碰撞。這使得科學(xué)家們能夠?qū)ふ一玖Ｗ樱⒘私庥钪嬖诖蟊ê笞畛鯉酌腌娎锸鞘裁礃幼拥摹?/p>

粒子加速器的透視圖

二、磁爆炸

宇宙遍布磁場(chǎng)，環(huán)繞地球，跨越太陽系。它們甚至引導(dǎo)帶電粒子穿過空間，這些粒子繞著磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)。

當(dāng)這些磁場(chǎng)相互碰撞時(shí)，它們會(huì)纏結(jié)在一起。當(dāng)交叉線之間的張力變得太大時(shí)，這些線會(huì)爆炸性地?cái)嗔巡⒅匦屡帕?，這一過程稱為磁重聯(lián)。區(qū)域磁場(chǎng)的快速變化產(chǎn)生了電場(chǎng)，從而導(dǎo)致所有伴隨的帶電粒子高速拋射?？茖W(xué)家們懷疑磁力線重聯(lián)是粒子，例如太陽風(fēng)，即來自太陽的恒定帶電粒子流，加速到相對(duì)論速度的一種方式。

這些快速的粒子在行星附近也會(huì)產(chǎn)生各種副作用。磁力線重連發(fā)生在太陽磁場(chǎng)對(duì)地球磁圈（地球的保護(hù)性磁環(huán)境）的作用點(diǎn)附近。當(dāng)磁力線重連發(fā)生在地球面向太陽的一側(cè)時(shí)，這些粒子會(huì)被拋入地球的高層大氣，在那里它們會(huì)點(diǎn)燃極光。磁重聯(lián)也被認(rèn)為是對(duì)其他行星有作用，如木星和土星，但方式略有不同。

美國(guó)航天局的磁層多尺度航天器的設(shè)計(jì)和建造是為了集中了解磁重聯(lián)的各個(gè)方面。利用四個(gè)相同的宇宙飛船，圍繞地球飛行進(jìn)行捕捉磁重連的任務(wù)。分析數(shù)據(jù)的結(jié)果可以幫助科學(xué)家理解地球和宇宙中以相對(duì)論速度存在的粒子加速度。

太陽風(fēng)對(duì)地球磁場(chǎng)的影響

三、波-粒相互作用

粒子可以通過與電磁波的相互作用來加速，稱為波-粒子相互作用。當(dāng)電磁波碰撞時(shí)，它們的磁場(chǎng)會(huì)被壓縮。在波之間來回彈的帶電粒子，可以獲得能量，類似于在兩個(gè)合并壁之間彈跳的球一樣。

這些類型的相互作用經(jīng)常發(fā)生在近地空間，并導(dǎo)致粒子加速到可能損壞航天器和衛(wèi)星上的電子設(shè)備的速度。美國(guó)宇航局通過范艾倫探測(cè)器一類的設(shè)備，幫助科學(xué)家理解波-粒子的相互作用。

波-粒子相互作用也被認(rèn)為是加速了一些來自太陽系外的宇宙射線的原因。在超新星爆炸后，一個(gè)被稱為爆炸波的熱的、致密的壓縮氣體外殼被從恒星核心噴出。在充滿磁場(chǎng)和帶電粒子的氣泡中，波-粒子相互作用可以以99.6%的光速發(fā)射高能宇宙射線。波--粒相互作用也可能是加速太陽風(fēng)和來自太陽的宇宙射線的部分原因。

范艾倫輻射帶的剖面圖,兩個(gè)范艾倫探測(cè)器從中穿過.