Радіаційний пояс ван аллена

Радіаційний пояс Землі (РПЗ), або пояс Ван Аллена - це область найближчого космічного простору біля нашої планети, що має вигляд кільця, в якій знаходяться гігантські потоки електронів і протонів. Земля утримує їх за допомогою дипольного магнітного поля.

відкриття

Відео: ПОЯСА ВАН АЛЛЕНА + АНОМАЛІЇ.

РПЗ був виявлений в 1957-58 рр. вченими зі Сполучених Штатів і СРСР. "Експлорер-1" (На фото нижче), перший космічний супутник США, запуск якого відбувся в 1958 році, надав дуже важливі дані. Завдяки проведеним американцями бортовому експерименту над поверхнею Землі (на висоті приблизно 1000 км), був знайдений пояс радіації (внутрішній). Пізніше на висоті близько 20000 км була виявлена друга така зона. Не існує чіткої межі між внутрішнім і зовнішнім поясами - перший поступово переходить у другій. Ці дві зони радіоактивності розрізняються за ступенем зарядженості часток і їх складу.

Дані області стали називатися поясами Ван Аллена. Джеймс Ван Аллен - фізик, експеримент якого допоміг їх виявити. Вчені з`ясували, що ці пояси складаються з сонячного вітру і заряджених частинок космічних променів, які притягуються до Землі її магнітним полем. Кожен з них формує тор навколо нашої планети (фігуру, яка за формою нагадує пончик).

У космосі з того часу було проведено безліч експериментів. Вони дозволили дослідити основні особливості і властивості РПЗ. Не тільки у нашої планети існують радіаційні пояси. Вони є і у інших небесних тіл, які володіють атмосферою і магнітним полем. Пояс радіації Ван Аллена був виявлений, завдяки міжпланетним кораблям США у Марса. Крім того, американці знайшли його у Сатурна і Юпітера.

Дипольне магнітне поле

У нашої планети є не тільки пояс Ван Аллена, але і дипольне магнітне поле. Воно являє собою набір магнітних оболонок, вкладених один в одного. Структура цього поля нагадує качан капусти або цибулину. Магнітну оболонку можна уявити собі як виткану з силових магнітних ліній замкнуту поверхню. Чим ближче до центру диполя знаходиться оболонка, тим більше стає напруженість магнітного поля. Крім того, імпульс, який потрібно зарядженої частинки для проникнення в неї ззовні, також збільшується.

Отже, N-я оболонка має імпульсом частинки P_n. У разі, коли початковий імпульс частинки не перевищує P_n, її відображає магнітне поле. Частка тоді повертається в космічний простір. Однак буває і так, що вона виявляється на N-й оболонці. В цьому випадку вона вже не здатна її покинути. Захоплена частка буде перебувати в пастці до тих пір, поки вона не розсіється або, зіткнувшись із залишковою атмосферою, не втратить енергію.

У магнітному полі нашої планети одна і та ж оболонка знаходиться на різній відстані від земної поверхні на різних довготах. Це відбувається через розбіжність осі магнітного поля з віссю обертання планети. Даний ефект помітний найкраще над Бразильської магнітної аномалією. У цій області силові магнітні лінії опускаються, і захоплені частинки, які рухаються по ним, можуть виявитися нижче 100 км висоти, а значить, загинути в земній атмосфері.

склад РПЗ

Усередині радіаційного поясу розподіл протонів і електронів неоднаково. Перші перебувають у внутрішній його частині, а другі - у зовнішній. Тому на ранньому етапі дослідження вчені вважали, що є зовнішній (електронний) і внутрішній (протонний) радіаційні пояси Землі. В даний час ця думка вже неактуально.

Найбільш значним механізмом генерації заповнюють пояс Ван Аллена частинок є розпад альбедних нейтронів. Необхідно відзначити, що нейтрони створюються, коли атмосфера взаємодіє з космічним випромінюванням. Потік цих частинок, що рухаються у напрямку від нашої планети (нейтрони альбедо), проходить через магнітне поле Землі безперешкодно. Однак вони є нестабільними і легко розпадаються на електрони, протони і електронне антинейтрино. Радіоактивні альбедние ядра, що володіють великою енергією, розпадаються всередині зони захоплення. Саме так пояс Ван Аллена поповнюється позитрона і електронами.

РПЗ і магнітні бурі

Коли починаються сильні магнітні бурі, ці частинки не просто прискорюються, вони залишають радіоактивний пояс Ван Аллена, висипаючись з нього. Справа в тому, що, якщо конфігурація магнітного поля змінюється, дзеркальні точки можуть бути занурені в атмосферу. В цьому випадку частинки, втрачаючи енергію (іонізаційні втрати, розсіювання) змінюють пітч-кути, а потім гинуть, досягнувши верхніх шарів магнітосфери.

РПЗ і північне сяйво

Радіаційний пояс Ван Аллена оточений плазмовим шаром, що представляє собою захоплені потоки протонів (іонів) і електронів. Одна з причин такого явища, як північне (полярне) сяйво - це те, що частинки висипаються з плазмового шару, а також частково з зовнішнього РПЗ. Північне сяйво є випромінювання атомів атмосфери, які порушуються через зіткнення з висипали з пояса частинками.

дослідження РПЗ

Майже всі основні результати досліджень таких утворень, як радіаційні пояси, були отримані приблизно в 1960-70-і роки. Недавні спостереження із застосуванням орбітальних станцій, міжпланетних кораблів і новітньої наукової апаратури дозволили вченим добути дуже важливі нові відомості. Пояси Ван Аллена навколо Землі продовжують вивчатися і в наш час. Коротенько розповімо про найважливіші досягнення в цій галузі.

Дані, отримані від "Салюта-6"

Дослідники з МІФІ на початку 80-х років минулого століття досліджували потоки електронів з високим рівнем енергії в найближчій околиці нашої планети. Для цього вони використовували апаратуру, яка перебувала на орбітальній станції "Салют-6". Вона дозволяла вченим дуже ефективно виділяти потоки позитронів і електронів, енергія яких перевищує 40 МеВ. Орбіта станції (нахил 52 °, висота близько 350-400 км) проходила в основному нижче радіаційного поясу нашої планети. Однак вона все-таки зачіпала внутрішню його частину у Бразильської магнітної аномалії. При перетині цього району були знайдені стаціонарні потоки, що складаються з високоенергічних електронів. В РПЗ до цього експерименту були зафіксовані тільки електрони, енергія яких не перевищувала 5 МеВ.

Дані штучних супутників серії "Метеор-3"

Дослідники з МІФІ провели подальші вимірювання на штучних супутниках нашої планети серії "Метеор-3", У яких висота кругових орбіт становила 800 і 1200 км. На цей раз прилад увійшов в РПЗ дуже глибоко. Він підтвердив результати, які були отримані раніше на станції "Салют-6". Потім дослідники отримали ще один важливий результат, використавши встановлені на станціях "мир" і "Салют-7" магнітні спектрометри. Було доведено, що виявлений раніше стабільний пояс складається виключно з електронів (без позитронів), енергія яких дуже велика (до 200 МеВ).

Відкриття стаціонарного пояса ядер CNO

Група дослідників з НІЯФ МГУ в кінці 80-х-початку 90-х років минулого століття здійснила експеримент, націлений на вивчення ядер, які розташовані в найближчому космічному просторі. Дані вимірювання були проведені з використанням пропорційних камер і ядерних фотоемульсій. Вони здійснювалися на ШСЗ серії "космос". Вчені виявили наявність потоків ядер N, O і Ne в області космічного простору, в якій орбіта штучного супутника (нахил 52 °, висота близько 400-500 км) перетинала Бразильську аномалію.

Як показав аналіз, ці ядра, енергія яких досягала декількох десятків МеВ / нуклон, мали не галактичне, альбедное або сонячне походження, оскільки вони ніяк не могли з такою енергією глибоко впровадитися в магнітосферу нашої планети. Так вчені виявили аномальну компоненту космічних променів, захоплену магнітним полем.

Малоенергічние атоми, що знаходяться в міжзоряної матерії, здатні проникати в гелиосферу. Потім ультрафіолетове випромінювання Сонця їх іонізує одноразово або дворазово. Утворилися в результаті цього заряджені частинки розганяються на фронтах сонячного вітру, досягаючи декількох десятків МеВ / нуклон. Потім вони проникають в магнітосферу, в якій захоплюються і повністю іонізуються.

Квазістаціонарний пояс протонів і електронів

На Сонці 22 березня 1991 р трапилася потужний спалах, яка супроводжувалася викидом величезної маси сонячної речовини. Воно досягло магнітосфери до 24 березня і змінило її зовнішню область. В магнітосферу увірвалися частинки сонячного вітру, що мали велику енергію. Вони досягли району, в якому тоді перебував CRESS, американський супутник. Встановлені на ньому прилади зафіксували різке зростання протонів, енергія яких становила від 20 до 110 МеВ, а також потужних електронів (близько 15 МеВ). Це свідчило про появу нового пояса. Спочатку квазістаціонарний пояс спостерігали на цілому ряді космічних апаратів. Однак лише на станції "мир" він вивчався протягом всього терміну життя, що становить близько двох років.

До речі, в 60-х роках минулого століття в результаті того, що в космосі вибухнули ядерні пристрої, з`явився квазістаціонарний пояс, що складається з електронів, що мають малі енергії. Він проіснував приблизно 10 років. Радіоактивні осколки поділу розпадалися, що і було джерелом заряджених частинок.

Чи є РПЗ на Місяці

У супутника нашої планети відсутня радіаційний пояс Ван Аллена. Крім того, у нього немає і захисної атмосфери. Поверхня Місяця відкрита сонячним вітрам. Сильна сонячний спалах, якби вона сталася під час місячної експедиції, спопелила б і астронавтів, і капсули, оскільки стався б викид колосального потоку радіації, яка є смертельною.

Відео: Невідомий щит Землі від сонячної радіації

Чи можна захиститися від космічної радіації

Відео: ЗОНИ захоплених РАДІАЦІЇ ТА ОБЛАСТІ висипання електронів ВИСОКИХ ЕНЕРГІЙ в магнітосфері Землі

Це питання вже довгі роки цікавить вчених. У невеликих дозах радіація, як відомо, практично не впливає на стан нашого здоров`я. Однак вона безпечна лише тоді, коли не перевищує певний поріг. Чи знаєте ви, який рівень радіації поза пояса Ван Аллена, на поверхні нашої планети? Зазвичай вміст часток радону і торію не перевищує 100 Бк на 1 м³. Усередині РПЗ ці показники набагато вищі.

Безумовно, радіаційні пояси Землі Ван Аллена дуже небезпечні для людини. Їх вплив на організм вивчало безліч дослідників. Радянські вчені в 1963 році заявили Бернарду Ловелл, відомому британському астроному, що їм невідомо засіб захисту людини від впливу радіації в космосі. Це означало, що з нею не могли впоратися навіть товстостінні оболонки радянських апаратів. Яким же чином використовується в капсулах американців найтонший метал, майже як фольга, зміг захистити астронавтів?

Згідно із запевненнями НАСА, воно відправило астронавтів на Місяць лише тоді, коли не очікувалося спалахів, які організація здатна передбачати. Саме це дозволило знизити до мінімуму радіаційну небезпеку. Інші фахівці, втім, стверджують, що можна тільки приблизно передбачити дату великих випромінювань.

Пояс Ван Аллена і політ на Місяць

Леонов, радянський космонавт, в 1966 році все ж вийшов у відкритий космос. Однак він був одягнений в надважкий свинцевий костюм. А вже через 3 роки астронавти з США стрибали по місячній поверхні, причому явно не в важенних скафандрах. Можливо, фахівцям з НАСА за ці роки вдалося виявити надлегкий матеріал, який надійно захищає космонавтів від радіації? Політ на Місяць до сих пір викликає безліч питань. Один з основних аргументів тих, хто вважає, що американці не висаджувалися на неї - існування радіаційних поясів.