图8 极光椭圆带示意图
高能粒子
行星际空间中分布着很多高能带电粒子。有些高能带电粒子是在太阳和行星际中被加速的，叫做太阳高能粒子(图9)，比如太阳爆发就会产生大量太阳高能粒子；有些则来自太阳系之外甚至银河系之外，叫做宇宙射线。这些高能带电粒子是空间物理学的重要研究对象之一，研究它们可以帮助我们理解在宇宙空间中的高能粒子的起源、加速和传播过程，也可以帮助我们预警和预报灾害性空间天气效应。
图9 太阳高能粒子观测，摘自Wang et al. (2011, 2016)
高能带电粒子的加速机制有很多，如磁重联中的直流电场加速，磁流体激波中的漂移加速和扩散加速，以及波粒相互作用导致的随机加速等等。目前主流观点认为，宇宙射线是由超新星爆发产生的激波加速而形成的（图10），而耀斑和日冕物质抛射是太阳高能粒子的重要加速源。
图10 超新星爆发形成的蟹状星云
高能粒子一般通过卫星的实地观测来研究，高能粒子的通量、能量和角度蕴含了这些粒子的加速和传播的重要信息，研究这些物理量随时间和空间的演化可以揭示这些高能粒子加速和传播机制。
目前在轨的空间科学卫星共有27颗，这27颗卫星构成了太阳物理学系统天文台（HSO，图11）。近几年发射的两颗卫星：“帕克”太阳探测器(Parker Solar Probe和太阳轨道探测器(Solar Orbiter)，将在靠近太阳处观测太阳、太阳风和高能粒子，期待它们能够带给我们更多的惊喜。
图11 太阳物理学系统天文台
结语
自人类有文明以来，我们从未停止过对头顶这片深邃而神秘的天空进行探索，从“九天之际，安放安属？”的诘问，到“这是个人迈出的一小步，但却是人类迈出的一大步”的豪迈，人类已经开启了驶向星辰大海的远征，并将向着更广阔的宇宙空间开疆拓土。最后引用宇航之父齐奥尔科夫斯基的话来结束这篇文章——地球是我们人类的摇篮，但是人类不能永远生活在摇篮里。
来源：中国国家天文
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