The Earth's Radiation Belt (ERB), eller Van Allen-beltet, er regionen i det nærmeste ytre rom nær planeten vår, som ser ut som en ring, der det er gigantiske strømmer av elektroner og protoner. Jorden holder dem med et dipolmagnetisk felt.
Åpning
RPZ ble oppdaget i 1957-58. forskere fra USA og Sovjetunionen. Explorer 1 (bildet nedenfor), den første amerikanske romsatellitten som ble skutt opp i 1958, har gitt svært viktige data. Takket være et eksperiment ombord utført av amerikanerne over jordens overflate (i en høyde av ca. 1000 km), ble det funnet et strålingsbelte (internt). Senere, i en høyde på rundt 20 000 km, ble en annen slik sone oppdaget. Det er ingen klar grense mellom det indre og ytre beltet - det første går gradvis over i det andre. Disse to sonene med radioaktivitet er forskjellige i ladningsgraden til partiklene og deres sammensetning.
Disse områdene ble kjent som Van Allen-beltene. James Van Allen er en fysiker hvis eksperiment hjalp demoppdage. Forskere har funnet ut at disse beltene består av solvinden og ladede partikler av kosmiske stråler, som tiltrekkes av jorden av magnetfeltet. Hver av dem danner en torus rundt planeten vår (en form som ligner en smultring).
Mange eksperimenter har blitt utført i verdensrommet siden den gang. De gjorde det mulig å studere hovedtrekkene og egenskapene til RPZ. Ikke bare planeten vår har strålingsbelter. De finnes også i andre himmellegemer som har en atmosfære og et magnetfelt. Van Allen Radiation Belt ble oppdaget takket være amerikanske interplanetariske romfartøyer nær Mars. I tillegg fant amerikanerne den nær Saturn og Jupiter.
Dipolmagnetisk felt
Planeten vår har ikke bare Van Allen-beltet, men også et dipolmagnetisk felt. Det er et sett med magnetiske skjell nestet inne i hverandre. Strukturen til dette feltet ligner et kålhode eller en løk. Det magnetiske skallet kan tenkes som en lukket overflate vevd av magnetiske kraftlinjer. Jo nærmere skallet er midten av dipolen, desto større blir magnetfeltstyrken. I tillegg øker momentumet som kreves for at en ladet partikkel skal penetrere den fra utsiden.
Så, det N-te skallet har partikkelmomentumet P . I det tilfellet hvor startmomentet til partikkelen ikke overstiger P , reflekteres det av magnetfeltet. Partikkelen returnerer deretter til verdensrommet. Det hender imidlertid også at den havner på det N-te skallet. I dette tilfellethun er ikke lenger i stand til å forlate den. Den fangede partikkelen vil bli fanget til den forsvinner eller kolliderer med den gjenværende atmosfæren og mister energi.
I magnetfeltet på planeten vår er det samme skallet plassert i forskjellige avstander fra jordoverflaten på forskjellige lengder. Dette skyldes misforholdet mellom magnetfeltets akse og planetens rotasjonsakse. Denne effekten er best sett over den brasilianske magnetiske anomalien. I dette området går magnetiske kraftlinjer ned, og fangede partikler som beveger seg langs dem kan være under 100 km i høyden, noe som betyr at de vil dø i jordens atmosfære.
RPG-komposisjon
Inne i strålingsbeltet er ikke fordelingen av protoner og elektroner den samme. Den første er i den indre delen av den, og den andre - i den ytre. Derfor, på et tidlig stadium av studien, trodde forskerne at det var eksterne (elektroniske) og interne (proton) strålingsbelter på jorden. For øyeblikket er ikke denne oppfatningen lenger relevant.
Den viktigste mekanismen for generering av partikler som fyller Van Allen-beltet er nedbrytningen av albedo-nøytroner. Det bør bemerkes at nøytroner skapes når atmosfæren samhandler med kosmisk stråling. Strømmen av disse partiklene som beveger seg i retning fra planeten vår (albedo-nøytroner) passerer gjennom jordens magnetfelt uten hindring. Imidlertid er de ustabile og forfaller lett til elektroner, protoner og elektron-antinøytrinoer. Radioaktive albedo-kjerner, som har høy energi, forfaller inne i fangstsonen. Slik fylles Van Allen-beltet på med positroner og elektroner.
ERP og magnetiske stormer
Når sterke magnetiske stormer begynner, akselererer ikke disse partiklene bare, de forlater Van Allens radioaktive belte og renner ut av det. Faktum er at hvis konfigurasjonen av magnetfeltet endres, kan speilpunktene nedsenkes i atmosfæren. I dette tilfellet vil partiklene, som mister energi (ioniseringstap, spredning), endre stigningsvinklene og forsvinne når de når de øvre lagene av magnetosfæren.
RPZ og nordlys
Van Allen-strålingsbeltet er omgitt av et plasmalag, som er en fanget strøm av protoner (ioner) og elektroner. En av årsakene til et slikt fenomen som nordlyset (polar) er at partiklene faller ut av plasmalaget, og også delvis fra det ytre ERP. Aurora borealis er utslipp av atmosfæriske atomer, som eksiteres på grunn av kollisjon med partikler som har f alt ut av beltet.
RPZ Research
Nesten alle de grunnleggende resultatene av studier av slike formasjoner som strålingsbelter ble oppnådd rundt 1960- og 70-tallet. Nyere observasjoner ved bruk av orbitale stasjoner, interplanetariske romfartøyer og det nyeste vitenskapelige utstyret har gjort det mulig for forskere å få tak i svært viktig ny informasjon. Van Allen-beltene rundt jorden fortsetter å bli studert i vår tid. La oss kort snakke om de viktigste prestasjonene på dette området.
Data mottatt fra Salyut-6
Forskere fra MEPhI tidlig på 80-tallet av forrige århundreundersøkte strømmene av elektroner med høyt energinivå i umiddelbar nærhet av planeten vår. For å gjøre dette brukte de utstyret som var på Salyut-6 orbitalstasjon. Det gjorde det mulig for forskere å isolere fluksene av positroner og elektroner veldig effektivt, hvis energi overstiger 40 MeV. Stasjonens bane (helling 52°, høyde ca. 350-400 km) passerte hovedsakelig under strålingsbeltet til planeten vår. Imidlertid berørte den fortsatt sin indre del ved den brasilianske magnetiske anomalien. Ved kryssing av denne regionen ble det funnet stasjonære bekker bestående av høyenergielektroner. Før dette eksperimentet ble det kun registrert elektroner i ERP, hvis energi ikke oversteg 5 MeV.
Data fra kunstige satellitter i "Meteor-3"-serien
Forskere fra MEPhI utførte ytterligere målinger på kunstige satellitter av planeten vår i Meteor-3-serien, der høyden på sirkulære baner var 800 og 1200 km. Denne gangen har enheten trengt veldig dypt inn i RPZ. Han bekreftet resultatene som ble oppnådd tidligere på Salyut-6-stasjonen. Så oppnådde forskerne nok et viktig resultat ved å bruke magnetspektrometrene installert på Mir- og Salyut-7-stasjonene. Det ble bevist at det tidligere oppdagede stabile beltet utelukkende består av elektroner (uten positroner), hvis energi er svært høy (opptil 200 MeV).
Oppdagelse av det stasjonære beltet til CNO-kjerner
En gruppe forskere fra SNNP MSU på slutten av 80-tallet og begynnelsen av 90-tallet av forrige århundre gjennomførte et eksperiment rettet motstudiet av kjerner som befinner seg i det nærmeste ytre rom. Disse målingene ble utført ved bruk av proporsjonal kamre og kjernefysiske fotografiske emulsjoner. De ble utført på satellitter i Kosmos-serien. Forskere har oppdaget tilstedeværelsen av strømmer av N-, O- og Ne-kjerner i et område i det ytre rom der banen til en kunstig satellitt (en helning på 52 °, en høyde på omtrent 400-500 km) krysset den brasilianske anomalien.
Som analysen viste, var disse kjernene, hvis energi nådde flere titalls MeV/nukleon, ikke av galaktisk, albedo eller solar opprinnelse, siden de ikke kunne trenge dypt inn i magnetosfæren på planeten vår med slik energi. Så forskere oppdaget den uregelmessige komponenten av kosmiske stråler, fanget av magnetfeltet.
Lavenergiatomer i interstellar materie er i stand til å trenge gjennom heliosfæren. Da ioniserer den ultrafiolette strålingen fra solen dem en eller to ganger. De resulterende ladede partiklene akselereres av solvindfrontene, og når flere titalls MeV/nukleon. De går deretter inn i magnetosfæren, hvor de blir fanget og fullstendig ionisert.
kvasistasjonært belte med protoner og elektroner
Den 22. mars 1991 skjedde et kraftig oppbluss på solen, som ble ledsaget av utstøting av en enorm masse solmateriale. Den nådde magnetosfæren innen 24. mars og endret den ytre regionen. Partikler av solvinden, som hadde høy energi, brast inn i magnetosfæren. De nådde området der CRESS, den amerikanske satellitten, da befant seg. installert på deninstrumenter registrerte en kraftig økning i protoner, hvis energi varierte fra 20 til 110 MeV, samt kraftige elektroner (ca. 15 MeV). Dette indikerte fremveksten av et nytt belte. Først ble det kvasi-stasjonære beltet observert på en rekke romfartøyer. Men bare på Mir-stasjonen ble den studert i hele levetiden, som er omtrent to år.
Forresten, på 60-tallet av forrige århundre, som et resultat av at kjernefysiske enheter eksploderte i verdensrommet, dukket det opp et kvasistasjonært belte, bestående av elektroner med lav energi. Det varte i omtrent 10 år. De radioaktive fragmentene av fisjon forf alt, som var kilden til ladede partikler.
Er det en rollespill på månen
Satellitten til planeten vår mangler Van Allen-strålingsbeltet. I tillegg har den ikke en beskyttende atmosfære. Månens overflate er utsatt for solvind. Et sterkt solutbrudd, hvis det skjedde under en måneekspedisjon, ville forbrenne både astronautene og kapslene, ettersom det ville være en enorm strøm av stråling som ville bli frigjort, noe som er dødelig.
Er det mulig å beskytte seg mot kosmisk stråling
Dette spørsmålet har vært interessant for forskere i mange år. I små doser har stråling, som du vet, praktisk t alt ingen effekt på helsen vår. Imidlertid er det trygt bare når det ikke overskrider en viss terskel. Vet du hva strålingsnivået er utenfor Van Allen-beltet, på overflaten av planeten vår? Vanligvis overstiger ikke innholdet av radon- og thoriumpartikler 100 Bq per 1 m3. Inne i RPZdisse tallene er mye høyere.
Selvfølgelig er strålingsbeltene til Van Allen Land veldig farlige for mennesker. Effekten deres på kroppen har blitt studert av mange forskere. Sovjetiske forskere i 1963 fort alte Bernard Lovell, en kjent britisk astronom, at de ikke kjente til et middel for å beskytte en person mot eksponering for stråling i verdensrommet. Dette betydde at selv de tykke veggene til sovjetiske apparater ikke kunne takle det. Hvordan beskyttet det tynneste metallet som ble brukt i amerikanske kapsler, nesten som folie, astronautene?
Ifølge NASA sendte den astronauter til månen bare når det ikke var forventet noen bluss, noe organisasjonen er i stand til å forutsi. Det er dette som gjorde det mulig å redusere strålingsfaren til et minimum. Andre eksperter hevder imidlertid at man bare grovt kan forutsi datoen for store utslipp.
Van Allen-beltet og flyturen til månen
Leonov, en sovjetisk kosmonaut, dro likevel ut i verdensrommet i 1966. Han hadde imidlertid på seg en supertung blydress. Og etter 3 år hoppet astronauter fra USA på månens overflate, og tydeligvis ikke i tunge romdrakter. Kanskje NASA-spesialister gjennom årene har klart å oppdage et ultralett materiale som pålitelig beskytter astronauter mot stråling? Flyturen til månen reiser fortsatt mange spørsmål. Et av hovedargumentene til de som mener at amerikanerne ikke landet på det, er eksistensen av strålingsbelter.
