南极中子探测器的工作原理解释

位于南极的中子探测器开始闪烁，于是值班的科学家马上打电话通知国际空间站上的宇航员“关掉你们的仪器，赶紧躲进隔离舱，太阳风暴就要来啦！”
这一场景可能不久便会成为现实，而这多亏一个研究小组找到了一种评估猛烈的太阳风暴向地球喷出带电粒子的强度以及到达时间的新方法。这种空间天气能够对宇航员产生辐射，同时摧毁人造卫星，然而迄今为止，科学家尚未找到有效的方法来预测太阳风暴。
并非所有的空间风暴都是相同的。美国纽瓦克市特拉华大学的空间物理学家John Bieber指出，一些由太阳耀斑喷出的带电粒子能够以非常快的速度运行，因此能量也特别大，而其他带电粒子的速度则要慢得多。一个粒子携带的能量越多，其所造成的破坏也就越大。然而由于能量较低的慢速粒子通常在数量上要远远多于快速粒子，因此它们在太阳风暴造成的破坏中占据了较大部分。Bieber说，这种时间上的延迟为在太阳风暴最猛烈部分攻击之前进行早期预警提供了一个机会。
然而最大的问题在于太阳风暴往往很难预测。太阳观测卫星能够帮助监视太阳耀斑，但是它们无法为辐射何时到来或强度如何提供准确的评估。如今，根据《空间天气》杂志的报道，Bieber及其同事给出了一个更好的解决方法设置在南极的中子探测器。几十年来，这些探测器一直被用来估算宇宙射线和其他带电粒子撞击地球大气层的速度。事实上，这些仪器所探测的是高速粒子撞击气体原子核并将其分开后所产生及向地面释放的中子。而这些高速粒子中有一些是来自太阳耀斑的质子。
研究人员分析了南极中子探测器在1989年至2005年间的12个特别强烈的太阳风暴中所采集的数据，并将其与安装在围绕地球轨道运行的人造卫星上的辐射探测器所获得的数据进行了比较。研究人员发现，平均来说，在太阳耀斑的第一批质子到达地球后的约95分钟，携带1.65亿至5亿电子伏特能量的质子（速度对应于光速的53%至76%）到达了这些传感器。而速度更慢的携带4000万至8000万电子伏特能量的质子（速度分别介于光速的29%至39%之间）则又在此后约71分钟到达地球。
通过比较两台不同的南极探测器每台用来探测具有不同能量的中子检测到的中子数，Bieber和同事发现他们能够估算出有多少携带不同能量的质子撞击了地球的上层大气。反过来，这些数字又使研究人员能够估算出可能来自太阳耀斑的辐射损害的最大值。例如，一旦预期的损害超过了一定水平，科学家便能够警告宇航员进行躲避，或建议工程师暂时关闭人造卫星。
纽瓦克市新泽西理工学院的空间物理学家Louis Lanzerotti表示：“这是一项非常有趣且非常迷人的工作。”新的技术在想要预测空间天气的科学家的“箭囊中添加了一枚箭头”。他强调：“这让科学家能够合理评估辐射强度将要达到的最高值。”
Lanzerotti表示，如果能够开发出足够准确的轻量级质子传感器，那么这项技术甚至可以用来预测可能侵袭载人行星际飞船的太阳耀斑的开始及强度。他强调，如今部署在南极的探测器因为太大而无法在航天器上使用。然而，有些传感器将是至关重要的。这是因为这样一艘航天器可能携带最小的屏蔽以节省重量将会冒险进入地球防护磁场以外的空间，而宇航员在这里便只好受太阳耀斑的支配了。
太阳耀斑是在太阳的色球—日冕过渡层中发生的一种局部辐射突然增加的太阳活动，是最剧烈的太阳活动。（http://www.tanbaowang.com ）