The Earth's Radiation Belt (ERB), eller Van Allen-bältet, är regionen i den närmaste yttre rymden nära vår planet, som ser ut som en ring, i vilken det finns gigantiska flöden av elektroner och protoner. Jorden håller dem med ett dipolmagnetfält.
Invigning
RPZ upptäcktes 1957-58. forskare från USA och Sovjetunionen. Explorer 1 (bilden nedan), den första amerikanska rymdsatelliten som lanserades 1958, har tillhandahållit mycket viktiga data. Tack vare ett experiment ombord som utförts av amerikanerna ovanför jordens yta (på en höjd av cirka 1000 km) hittades ett strålningsbälte (inre). Senare, på en höjd av cirka 20 000 km, upptäcktes en andra sådan zon. Det finns ingen tydlig gräns mellan de inre och yttre bältena - det första går gradvis över i det andra. Dessa två radioaktivitetszoner skiljer sig åt i partiklarnas laddningsgrad och deras sammansättning.
Dessa områden blev kända som Van Allen-bälten. James Van Allen är en fysiker vars experiment hjälpte demUpptäck. Forskare har funnit att dessa bälten består av solvinden och laddade partiklar av kosmisk strålning, som attraheras till jorden av dess magnetfält. Var och en av dem bildar en torus runt vår planet (en form som liknar en munk).
Många experiment har utförts i rymden sedan dess. De gjorde det möjligt att studera huvuddragen och egenskaperna hos RPZ. Inte bara vår planet har strålningsbälten. De finns även i andra himlakroppar som har en atmosfär och ett magnetfält. Van Allens strålningsbälte upptäcktes tack vare amerikanska interplanetära rymdfarkoster nära Mars. Dessutom hittade amerikanerna den nära Saturnus och Jupiter.
Dipolmagnetfält
Vår planet har inte bara Van Allen-bältet, utan också ett dipolmagnetfält. Det är en uppsättning magnetiska skal kapslade inuti varandra. Strukturen på detta fält liknar ett kålhuvud eller en lök. Det magnetiska skalet kan föreställas som en sluten yta vävd av magnetiska kraftlinjer. Ju närmare skalet är mitten av dipolen, desto större blir magnetfältstyrkan. Dessutom ökar det momentum som krävs för att en laddad partikel ska penetrera den utifrån.
Så, det N:e skalet har partikelmomentet P . I det fall då partikelns initiala rörelsemängd inte överstiger P , reflekteras den av magnetfältet. Partikeln återvänder sedan till yttre rymden. Det händer dock också att den hamnar på N:te skalet. I detta fallhon kan inte längre lämna den. Den fångade partikeln kommer att fångas tills den skingras eller kolliderar med den kvarvarande atmosfären och förlorar energi.
I magnetfältet på vår planet finns samma skal på olika avstånd från jordens yta på olika longituder. Detta beror på bristen på överensstämmelse mellan magnetfältets axel och planetens rotationsaxel. Denna effekt ses bäst över den brasilianska magnetiska anomalien. I detta område sjunker magnetiska kraftlinjer och fångade partiklar som rör sig längs dem kan vara under 100 km i höjd, vilket betyder att de kommer att dö i jordens atmosfär.
RPG-komposition
Inuti strålningsbältet är fördelningen av protoner och elektroner inte densamma. Den första är i den inre delen av den, och den andra - i den yttre. Därför trodde forskare i ett tidigt skede av studien att det fanns externa (elektroniska) och interna (proton) strålningsbälten på jorden. För närvarande är denna åsikt inte längre relevant.
Den viktigaste mekanismen för att generera partiklar som fyller Van Allen-bältet är sönderfallet av albedo-neutroner. Det bör noteras att neutroner skapas när atmosfären interagerar med kosmisk strålning. Flödet av dessa partiklar som rör sig i riktning från vår planet (albedo neutroner) passerar genom jordens magnetfält utan hinder. Men de är instabila och sönderfaller lätt till elektroner, protoner och elektron-antineutriner. Radioaktiva albedokärnor, som har hög energi, sönderfaller inne i fångstzonen. Så här fylls Van Allen-bältet på med positroner och elektroner.
ERP och magnetiska stormar
När starka magnetiska stormar börjar accelererar dessa partiklar inte bara, de lämnar Van Allens radioaktiva bälte och rinner ut ur det. Faktum är att om magnetfältets konfiguration ändras kan spegelpunkterna sänkas ner i atmosfären. I det här fallet ändrar partiklarna, förlorar energi (joniseringsförluster, spridning), sina stigningsvinklar och försvinner sedan när de når magnetosfärens övre skikt.
RPZ och norrsken
Van Allens strålningsbälte är omgivet av ett plasmalager, som är en instängd ström av protoner (joner) och elektroner. En av anledningarna till ett sådant fenomen som norrskenet (polärt) är att partiklarna faller ut ur plasmalagret, och även delvis från det yttre ERP. Aurora borealis är utsläpp av atmosfäriska atomer, som exciteras på grund av kollision med partiklar som har fallit ut ur bältet.
RPZ Research
Nästan alla grundläggande resultat från studier av sådana formationer som strålningsbälten erhölls runt 1960- och 70-talen. Nyligen genomförda observationer med hjälp av orbitalstationer, interplanetära rymdfarkoster och den senaste vetenskapliga utrustningen har gjort det möjligt för forskare att få fram mycket viktig ny information. Van Allen-bälten runt jorden fortsätter att studeras i vår tid. Låt oss kort prata om de viktigaste framstegen på detta område.
Data mottagen från Salyut-6
Forskare från MEPhI i början av 80-talet av förra sekletundersökte flöden av elektroner med hög energinivå i vår planets omedelbara närhet. För att göra detta använde de utrustningen som fanns på Salyut-6 omloppsstation. Det gjorde det möjligt för forskare att mycket effektivt isolera flödet av positroner och elektroner, vars energi överstiger 40 MeV. Stationens omloppsbana (lutning 52°, höjd ca 350-400 km) passerade huvudsakligen under vår planets strålningsbälte. Men det rörde fortfarande vid sin inre del vid den brasilianska magnetiska anomalien. När man korsade denna region hittades stationära strömmar bestående av högenergielektroner. Före detta experiment registrerades endast elektroner i ERP, vars energi inte översteg 5 MeV.
Data från artificiella satelliter i "Meteor-3"-serien
Forskare från MEPhI utförde ytterligare mätningar på artificiella satelliter på vår planet i Meteor-3-serien, där höjden av cirkulära banor var 800 och 1200 km. Denna gång har enheten trängt mycket djupt in i RPZ. Han bekräftade resultaten som erhölls tidigare vid Salyut-6-stationen. Sedan fick forskarna ytterligare ett viktigt resultat genom att använda de magnetiska spektrometrarna som installerats vid stationerna Mir och Salyut-7. Det bevisades att det tidigare upptäckta stabila bältet uteslutande består av elektroner (utan positroner), vars energi är mycket hög (upp till 200 MeV).
Upptäckt av det stationära bältet av CNO-kärnor
En grupp forskare från SNNP MSU i slutet av 80-talet och början av 90-talet av förra seklet genomförde ett experiment som syftade till attstudiet av kärnor som finns i det närmaste yttre rymden. Dessa mätningar utfördes med användning av proportionella kammare och nukleära fotografiska emulsioner. De utfördes på satelliter i Kosmos-serien. Forskare har upptäckt närvaron av strömmar av N-, O- och Ne-kärnor i ett område i yttre rymden där en konstgjord satellits omloppsbana (en lutning på 52 °, en höjd av cirka 400-500 km) korsade den brasilianska anomalien.
Som analysen visade var dessa kärnor, vars energi nådde flera tiotals MeV/nukleon, inte av galaktiskt, albedo- eller solursprung, eftersom de inte kunde tränga djupt in i magnetosfären på vår planet med sådan energi. Så forskare upptäckte den anomala komponenten av kosmisk strålning, fångad av magnetfältet.
Lågenergiatomer i interstellär materia kan penetrera heliosfären. Sedan joniserar solens ultravioletta strålning dem en eller två gånger. De resulterande laddade partiklarna accelereras av solvindsfronterna och når flera tiotals MeV/nukleon. De går sedan in i magnetosfären, där de fångas in och helt joniseras.
Kvasstationärt bälte av protoner och elektroner
Den 22 mars 1991 inträffade ett kraftigt utbrott på solen, som åtföljdes av utstötningen av en enorm massa solmateria. Den nådde magnetosfären den 24 mars och ändrade sitt yttre område. Partiklar från solvinden, som hade hög energi, brast in i magnetosfären. De nådde området där CRESS, den amerikanska satelliten, då befann sig. installerad på deninstrument registrerade en kraftig ökning av protoner, vars energi varierade från 20 till 110 MeV, såväl som kraftfulla elektroner (cirka 15 MeV). Detta indikerade uppkomsten av ett nytt bälte. Först observerades det kvasistationära bältet på ett antal rymdfarkoster. Det var dock endast vid Mir-stationen som den studerades under hela dess livstid, vilket är ungefär två år.
Förresten, på 60-talet av förra seklet, som ett resultat av att kärntekniska anordningar exploderade i rymden, uppstod ett kvasistationärt bälte, bestående av elektroner med låg energi. Det varade i cirka 10 år. De radioaktiva klyvningsfragmenten sönderföll, vilket var källan till laddade partiklar.
Finns det en RPG på månen
Vår planets satellit saknar Van Allens strålningsbälte. Dessutom har den ingen skyddande atmosfär. Månens yta är utsatt för solvindar. Ett kraftigt solutbrott, om det inträffade under en månexpedition, skulle förbränna både astronauterna och kapslarna, eftersom det skulle finnas en enorm strålningsström som skulle släppas ut, vilket är dödligt.
Är det möjligt att skydda sig mot kosmisk strålning
Den här frågan har varit av intresse för forskare i många år. I små doser har strålning, som ni vet, praktiskt taget ingen effekt på vår hälsa. Det är dock säkert endast när det inte överstiger en viss tröskel. Vet du vad strålningsnivån är utanför Van Allens bälte, på vår planets yta? Vanligtvis överstiger inte h alten radon- och toriumpartiklar 100 Bq per 1 m3. Inuti RPZdessa siffror är mycket högre.
Självklart är strålningsbältena i Van Allen Land mycket farliga för människor. Deras effekt på kroppen har studerats av många forskare. Sovjetiska vetenskapsmän 1963 berättade för Bernard Lovell, en välkänd brittisk astronom, att de inte kände till ett sätt att skydda en person från exponering för strålning i rymden. Detta innebar att inte ens de tjockväggiga skalen på sovjetiska apparater klarade av det. Hur skyddade den tunnaste metallen som användes i amerikanska kapslar, nästan som folie, astronauterna?
Enligt NASA skickade den astronauter till månen endast när inga bloss förväntades, vilket organisationen kan förutsäga. Det var detta som gjorde det möjligt att minska strålningsrisken till ett minimum. Andra experter menar dock att man bara grovt kan förutsäga datumet för stora utsläpp.
Van Allen-bältet och flygningen till månen
Leonov, en sovjetisk kosmonaut, begav sig ändå ut i rymden 1966. Han var dock klädd i en supertung blydräkt. Och efter 3 år hoppade astronauter från USA på månens yta, och uppenbarligen inte i tunga rymddräkter. Kanske har NASA-specialister under åren lyckats upptäcka ett ultralätt material som på ett tillförlitligt sätt skyddar astronauter från strålning? Flygningen till månen väcker fortfarande många frågor. Ett av huvudargumenten för dem som tror att amerikanerna inte landade på det är förekomsten av strålningsbälten.
