范艾伦
姓名：范艾伦 Van Allen,James Alfred
国家或者地区：美国
学科：物理学家
发明创造：范艾伦辐射带的发现者
简历
范艾伦（Van Allen,James Alfred) 美国物理学家。1914年9月7日生于爱荷华州芒特普莱曾特。 范艾伦是一位律师的儿子。1935年毕业于在他的故乡爱荷华的美以美学院。他在大学二年级的时候已着手从事宇宙射线强度的测量工作。大学毕业后，他进入爱荷华州立大学，于1939年获得博士学位。1951年起任爱荷华州立大学物理系主任。 在第二次世界大战期间，范艾伦研究成功了无线电引信（近发引信）。这是一种可以固定在爆炸性武器（例如高射炮炮弹）上的装置。无线电引信发射无线电波，一些无线电波又被目标反射回来；当炮弹与目标的距离接近到一定程度时，反射电波的强度就大到足以引爆炮弹中的炸药。这实际上意味着炮弹不一定要与目标直接相撞，因此使高射炮弹的威力增加很多倍，但是比将无线电引信用于战争这一用途更为重要的是，实践要求范艾伦将它小型化。因为要使引信装置可靠，必须把相当多的电子设备紧凑地安装在很小的空间中。 这一点在战后甚至更为人们迫切需要。因为早在四十年代初期，德国在武器上已经取得了关键性的进展。在第二次世界大战之前的几十年间，戈达德所热衷的火箭研究，如今也引起了其他人的巨大兴趣。在德国，一些火箭专家已经组织了一个很有成效的研究小组，他们中间的一个重要成员就是冯布劳恩。大战期间，他们为希特勒研究成功了军用V-2火箭。 战后，一些储存的尚未使用过的V-2火箭落到美国人手中。在范艾伦的领导下，对这些火箭进行了研究。他们把测量宇宙射线强度的设备安装在仪表舱中，用V-2火箭把它送到一百英里或更高的空间，测量结果被转变为适当编码的无线电信号，再遥传回地面。在实验中，范艾伦在设备小型化方面的经验给他的研究工作带来很多的好处。因为设备的小型化使他有可能将更多的设备放入仪表舱，用火箭将它送入大气的外层区域。 V-2火箭是令人惊异的产物，但是，它们不过是初步的导弹。美国开始从事研制新的更完善的导弹，这又促进了对外层空间各种现象的研究。1952年，范艾伦开始研究由气球和火箭组成的火箭探空气球。早在1949年，范艾伦已经设想用气球把火箭带到同温层，随后从地面上发出信号使火箭工作。因为火箭是从大气层上部点火的，在那里只有很小的空气阻力，这样，一个小的火箭就能达到庞大的火箭从地面发射时才能达到的高度。 在此期间，范艾伦和他的同事们还开始研究一个新的课题：是否可以以给定的速度和方面用火箭把一个仪表舱送到空间，并使它进入围绕地球的某一轨道，以一定的周期绕地球运行。实际上，这就是人造卫星。渐渐地，美国政府也意识到它的科学价值。1955年，美国总统艾森豪威尔正式声称要在两年内发射一颗人造卫星。 从1957年7月1日到1958年12月31日，正值国际地球物理年（通常简称为IGY）。由施瓦贝早在一个世纪前提出的引起科学家们关心的太阳黑子活动在这一期间正处于高潮。美国发射人造卫星的计划与IGY计划有关。IGY计划是国际范围的庞大科研活动，它的研究课题不仅涉及地球上的各种现象，如冰川、极区和大气层，还要探索近层空间。 整个计划的实施结果是非常成功的，在那些满脑子和平观念的美国人看来，简直成功得无以复加。苏联也承担了IGY计划的一些主要研究课题，并声称他们也将发射人造卫星。然而，美国政府，公众甚至科学家都对此漫不经心，他们几乎不了解苏联在科学上所化费的力量，更不了解苏联在火箭研究上的进展，他们想当然地认为苏联是落后的。 1957年10月4日，苏联发射了第一颗人造卫星（卫星I号），用实际行动兑现了自己的誓言。这猛烈地冲击了美国社会的各个阶层。苏联预定在齐奥尔科夫斯基诞生一百周年时发射人造卫星，并声称尽可能提前，结果仅迟了一个月。在第一颗卫星发射后一个月，苏联又发射了第二颗卫星（卫星II号），这颗卫星还载有一只小狗。 虽然美国经历了一段不光彩的恐慌时期，但是最终对美国还是有益的。因为在和苏联的冷战过程中，若不遭到这样惨重的失败，公众和国会未必肯在宇宙空间探索方面拨出十分巨大的款项。 当苏联发射人造卫星消息公布时，范艾伦所乘坐的去南极洲的船只正行驶在南太平洋上。他闻讯立即返回美国，参加美国迎头赶上的研究计划，以加速发射美国自己的卫星。美国的“先锋计划”，即由艾森豪威尔总统宣布的发射人造卫星的计划耗资惊人，但大部分遭到了失败（虽然它取得了一些重大成功）。然而，美国陆军起用冯布劳恩（作为已被消灭的纳粹作战机构的成员，他被递解到美国），终于在1958年1月31日发射了美国第一颗人造卫星---探险者I号。它的有效负载虽然远小于苏联的几颗卫星，但是在这样小的有效负载中却携带了一些高水平的尖端仪器，这些都是由范艾伦的小型化设备所组成的。 苏联“卫星I号”所开创的空间时代推进了科学技术惊人的进展，由皮尔斯领导的通讯卫星项目即为一例，奥基夫所指出的有关地球的新知识也是这一进展的成果。人造卫星也能用来改进天气预报，因为它能从空间整体地观察云层和大气层的运动。人造卫星还能取得有关其它星体的资料，如1959年10月从苏联发射的“月球探测器”发来的月球背面照片，又如1962年12月由美国发射的“金星探测器”发来的月球背面照片，又如1962年12月由美国发射的“金星探测器”发来的有关金星的资料。 然而，到目前为止，由卫星所获得的资料中令人吃惊的是来自1958年发射的12颗“探险者卫星”中范艾伦的工作。由于范艾伦对宇宙射线的兴趣，在“探险者I号”上携带着测量近层宇宙空间的宇宙射线和其他高能粒子的仪器。但是这些计数器到达很高的高度时，就失去计数能力。1958年3月发射的“探险者III号”上所携带的更可靠的计数器也是这样。 范艾伦由过去的经验设想，计数器的停止计数，并不是由于粒子数目真地降到零，相反倒是由于粒子数目太多，计数器根本来不及计数。他设计了一个由铜遮蔽的计数器，使它只能接受粒子中的一小部分（好像人们在耀眼阳光下戴上太阳镜一样）。这样的计数器在1958年7月26日由“探险者IV”号送入空间，计数的结果证实了他的推论。在近层宇宙空间中，高能量的辐射远比人们设想的要多。 高能辐射层在赤道附近呈环状绕着地球，并向极区弯曲。这一辐射层的位置是变化的，通常就被称为范艾伦辐射带。六十年代初又被正式命名为磁层。 从磁层的形状来看，磁层中的粒子好像是被地球的磁场所束缚，并绕地球两极间的磁力线作螺旋形分布（埃尔泽塞尔认为磁力线起源于地球内部深处）。1958年8月，利用在地面上数百英里上空爆炸的一颗原子弹进行了验证这个实验称之为“阿格斯”（希腊神话中的百眼巨人）计划”。由核弹所产生的带电粒子的分布，证实了磁场确是磁层形成的决定因素，磁层这一名称便正式得到了采用。在1962年，另一些由范艾伦率先支持的高空实验，证实了磁层会发生变化，这使科学家们普遍感到意外。 磁层的存在，以及由于太阳的色球爆发，使辐射强度发生突然和不能预料的增加，似乎是人类进行宇宙探索的障碍。不过，加加林绕地球的首次宇宙航行和后来一些宇航员的飞行，都证实了人类可在地球附近活动。十二年后，阿姆斯特朗登上了月球。