För hundra år sedan idag, den 29 maj, 1919, mätningar av en solförmörkelse erbjöd verifiering av Einsteins teori om allmän relativitet. Redan innan det, Einstein hade utvecklat teorin om särskild relativitetsteori, som revolutionerade vårt sätt att förstå ljus. Till denna dag, den ger vägledning om hur partiklar rör sig genom rymden - ett viktigt forskningsområde för att skydda rymdfarkoster och astronauter från strålning.

Teorin om särskild relativitetsteori visade att ljuspartiklar, fotoner, resa genom ett vakuum i en konstant takt på 670, 616, 629 miles i timmen - en hastighet som är oerhört svår att uppnå och omöjlig att överträffa i den miljön. Ändå över hela rymden, från svarta hål till vår miljö nära jorden, partiklar är, faktiskt, accelereras till otroliga hastigheter, vissa når till och med 99,9% ljusets hastighet.

Ett av NASA:s jobb är att bättre förstå hur dessa partiklar accelereras. Studerar dessa supersnabba, eller relativistisk, partiklar kan i slutändan hjälpa till att skydda uppdrag som utforskar solsystemet, resa till månen, och de kan lära oss mer om vårt galaktiska grannskap:En välriktad partikel med nära ljushastighet kan snubbla ombord på elektronik och för många på en gång kan ha negativa strålningseffekter på rymdfarande astronauter när de reser till månen-eller bortom.

Här är tre sätt att acceleration sker.

1. Elektromagnetiska fält

De flesta processer som accelererar partiklar till relativistiska hastigheter arbetar med elektromagnetiska fält - samma kraft som håller magneter på ditt kylskåp. De två komponenterna, elektriska och magnetiska fält, som två sidor av samma mynt, arbeta tillsammans för att vispa partiklar med relativistiska hastigheter i hela universum.

I huvudsak, elektromagnetiska fält accelererar laddade partiklar eftersom partiklarna känner en kraft i ett elektromagnetiskt fält som driver dem längs, liknande hur gravitationen drar till föremål med massa. Under rätt förhållanden, elektromagnetiska fält kan accelerera partiklar med nära ljushastighet.

På jorden, elektriska fält utnyttjas ofta specifikt på mindre skalor för att påskynda partiklar i laboratorier. Partikelacceleratorer, som Large Hadron Collider och Fermilab, använd pulserande elektromagnetiska fält för att accelerera laddade partiklar upp till 99,9999896% ljusets hastighet. Vid dessa hastigheter, partiklarna kan krossas samman för att producera kollisioner med enorma mängder energi. Detta gör det möjligt för forskare att leta efter elementära partiklar och förstå hur universum var i de allra första bråkdelarna av en sekund efter Big Bang.

2. Magnetiska explosioner

Magnetfält finns överallt i rymden, som omger jorden och spänner över solsystemet. De leder till och med laddade partiklar som rör sig genom rymden, som spiral runt fälten.

När dessa magnetfält stöter på varandra, de kan trassla ihop sig. När spänningen mellan de korsade linjerna blir för stor, linjerna knackar explosionsartat och justerar om i en process som kallas magnetisk återanslutning. Den snabba förändringen i en regions magnetfält skapar elektriska fält, vilket gör att alla åtföljande laddade partiklar kastas iväg vid höga hastigheter. Forskare misstänker att magnetisk återanslutning är ett sätt som partiklar - till exempel solvinden, som är den konstanta strömmen av laddade partiklar från solen - accelereras till relativistiska hastigheter.

Dessa snabba partiklar skapar också en mängd biverkningar nära planeter. Magnetisk återanslutning sker nära oss vid punkter där solens magnetfält trycker mot jordens magnetosfär - dess skyddande magnetiska miljö. När magnetisk återanslutning sker på den sida av jorden som vetter bort från solen, partiklarna kan slängas in i jordens övre atmosfär där de tänder aurororna. Magnetisk återanslutning anses också vara ansvarig kring andra planeter som Jupiter och Saturnus, fast på lite olika sätt.

NASA:s rymdskepp Magnetospheric Multiscale utformades och byggdes för att fokusera på att förstå alla aspekter av magnetisk återanslutning. Med fyra identiska rymdfarkoster, uppdraget flyger runt jorden för att fånga magnetisk återanslutning i aktion. Resultaten av de analyserade data kan hjälpa forskare att förstå partikelacceleration vid relativistiska hastigheter runt jorden och över universum.

3. Våg-partikelinteraktioner

Partiklar kan accelereras genom interaktioner med elektromagnetiska vågor, kallas våg-partikelinteraktioner. När elektromagnetiska vågor kolliderar, deras fält kan komprimeras. Laddade partiklar som studsar fram och tillbaka mellan vågorna kan få energi som liknar en boll som studsar mellan två sammanslagna väggar.

Dessa typer av interaktioner förekommer ständigt i rymden nära jorden och är ansvariga för att accelerera partiklar till hastigheter som kan skada elektronik på rymdfarkoster och satelliter i rymden. NASA -uppdrag, som Van Allen Probes, hjälpa forskare att förstå våg-partikelinteraktioner.

Våg-partikelinteraktioner anses också vara ansvariga för att accelerera några kosmiska strålar som har sitt ursprung utanför vårt solsystem. Efter en supernova -explosion, en varm, tätt skal av komprimerad gas som kallas en sprängvåg matas ut från stjärnkärnan. Fylld med magnetfält och laddade partiklar, våg-partikelinteraktioner i dessa bubblor kan avge kosmiska strålar med hög energi vid 99,6% ljusets hastighet. Våg-partikelinteraktioner kan också vara delvis ansvariga för att accelerera solvinden och kosmiska strålar från solen.