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)的自然界物體運動的最大速度。 物體的質(zhì)量將隨著速度的增大而增大，當物體的速度接近光速時，它的質(zhì)量將趨于無窮大，所以有質(zhì)量的物體達到光速是不可能的。只有 靜止質(zhì)量為零的光子，才始終以光速運動。人類目前無法達到光速運行。

愛因斯坦

一百多年前，愛因斯坦已經(jīng)提出了狹義相對論，它改變了我們理解光的方式。到了1919年5月29日，日食的測量為愛因斯坦的廣義相對論提供了證據(jù)。到了今天，它為研究粒子是如何在太空中運動提供了指導(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動，這種速度是非常難以實現(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：一個瞄準良好的近光速粒子可以在星載電子設(shè)備上飛行，而過多的粒子會對太空中的宇航員產(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

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

本質(zhì)上，電磁場加速帶電粒子，是因為粒子在電磁場中受到一種推動它們前進的力，類似于重力對有質(zhì)量物體的引力。在適當?shù)臈l件下，電磁場能以接近光速加速粒子。

在地球上，電場通常被利用在更小的尺度上，以加速實驗室中的粒子。粒子加速器，像大型強子對撞機和費米實驗室，使用脈沖電磁場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，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，這些粒子繞著磁場旋轉(zhuǎn)。

當這些磁場相互碰撞時，它們會纏結(jié)在一起。當交叉線之間的張力變得太大時，這些線會爆炸性地斷裂并重新排列，這一過程稱為磁重聯(lián)。區(qū)域磁場的快速變化產(chǎn)生了電場，從而導(dǎo)致所有伴隨的帶電粒子高速拋射。科學(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，加速到相對論速度的一種方式。

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

美國航天局的磁層多尺度航天器的設(shè)計和建造是為了集中了解磁重聯(lián)的各個方面。利用四個相同的宇宙飛船，圍繞地球飛行進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論速度存在的粒子加速度。

太陽風(fēng)對地球磁場的影響

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。當電磁波碰撞時，它們的磁場會被壓縮。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。美國宇航局通過范艾倫探測器一類的設(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,兩個范艾倫探測器從中穿過.