Земният радиационен пояс (ERB), или поясът на Ван Алън, е районът на най-близкото космическо пространство близо до нашата планета, който изглежда като пръстен, в който има гигантски потоци от електрони и протони. Земята ги държи с диполно магнитно поле.
Отваряне
RPZ е открит през 1957-58 г. учени от САЩ и СССР. Explorer 1 (на снимката по-долу), първият американски космически спътник, изстрелян през 1958 г., предостави много важни данни. Благодарение на бордовия експеримент, проведен от американците над земната повърхност (на височина около 1000 км), беше открит радиационен пояс (вътрешен). По-късно, на височина от около 20 000 км, е открита втора такава зона. Няма ясна граница между вътрешния и външния колан - първият постепенно преминава във втория. Тези две зони на радиоактивност се различават по степента на заряда на частиците и техния състав.
Тези области станаха известни като коланите на Ван Алън. Джеймс Ван Алън е физик, чийто експеримент им помогнаоткривам. Учените са открили, че тези пояси се състоят от слънчевия вятър и заредени частици от космически лъчи, които се привличат към Земята от нейното магнитно поле. Всеки от тях образува тор около нашата планета (форма, която прилича на поничка).
Много експерименти са били проведени в космоса оттогава. Те направиха възможно изследването на основните характеристики и свойства на RPZ. Не само нашата планета има радиационни пояси. Те се намират и в други небесни тела, които имат атмосфера и магнитно поле. Радиационният пояс на Ван Алън беше открит благодарение на междупланетен космически кораб на САЩ близо до Марс. Освен това американците го откриха близо до Сатурн и Юпитер.
Диполно магнитно поле
Нашата планета има не само колана на Ван Алън, но и диполно магнитно поле. Това е набор от магнитни черупки, вложени една в друга. Структурата на това поле наподобява глава зеле или лук. Магнитната обвивка може да се представи като затворена повърхност, изтъкана от магнитни силови линии. Колкото по-близо е обвивката до центъра на дипола, толкова по-голяма става силата на магнитното поле. В допълнение, импулсът, необходим за проникване на заредена частица в нея отвън, също се увеличава.
И така, N-тата обвивка има импулс на частица P . В случай, че началният импулс на частицата не надвишава P , той се отразява от магнитното поле. След това частицата се връща в космоса. Случва се обаче също така да се окаже в N-та обвивка. В такъв случайтя вече не е в състояние да го напусне. Уловената частица ще бъде уловена, докато не се разсее или се сблъска с остатъчната атмосфера и загуби енергия.
В магнитното поле на нашата планета една и съща обвивка се намира на различни разстояния от земната повърхност на различни дължини. Това се дължи на несъответствието между оста на магнитното поле и оста на въртене на планетата. Този ефект се вижда най-добре при бразилската магнитна аномалия. В тази област магнитните силови линии се спускат и уловените частици, движещи се по тях, може да са на височина под 100 km, което означава, че ще умрат в земната атмосфера.
РПГ композиция
В радиационния пояс разпределението на протоните и електроните не е същото. Първите са във вътрешната му част, а вторите - във външната. Затова на ранен етап от изследването учените смятаха, че има външни (електронни) и вътрешни (протонни) радиационни пояси на Земята. В момента това мнение вече не е актуално.
Най-значимият механизъм за генериране на частици, запълващи пояса на Ван Алън, е разпадането на албедо неутроните. Трябва да се отбележи, че неутроните се създават, когато атмосферата взаимодейства с космическата радиация. Потокът от тези частици, движещи се в посока от нашата планета (албедо неутрони) преминава безпрепятствено през магнитното поле на Земята. Те обаче са нестабилни и лесно се разпадат на електрони, протони и електронни антинеутрино. Радиоактивните албедо ядра, които имат висока енергия, се разпадат вътре в зоната на улавяне. Ето как коланът на Ван Алън се попълва с позитрони и електрони.
ERP и магнитни бури
Когато започнат силни магнитни бури, тези частици не просто се ускоряват, те напускат радиоактивния пояс на Ван Алън, изливайки се от него. Факт е, че ако конфигурацията на магнитното поле се промени, огледалните точки могат да бъдат потопени в атмосферата. В този случай частиците, губейки енергия (йонизационни загуби, разсейване), променят своите ъгли на наклон и след това загиват, когато достигнат горните слоеве на магнитосферата.
RPZ и северното сияние
Радиационният пояс на Ван Алън е заобиколен от плазмен слой, който е уловен поток от протони (йони) и електрони. Една от причините за подобно явление като северното (полярно) сияние е, че частиците падат от плазмения слой, а също и отчасти от външния ERP. Аврора бореалис е излъчване на атмосферни атоми, които се възбуждат поради сблъсък с частици, изпаднали от пояса.
RPZ Research
Почти всички фундаментални резултати от изследванията на такива формации като радиационни пояси са получени около 60-те и 70-те години на миналия век. Последните наблюдения с помощта на орбитални станции, междупланетни космически кораби и най-новото научно оборудване позволиха на учените да получат много важна нова информация. Поясите на Ван Алън около Земята продължават да се изучават и в наше време. Нека поговорим накратко за най-важните постижения в тази област.
Получени данни от Салют-6
Изследователи от МИФИ в началото на 80-те години на миналия векизследва потоците от електрони с високо ниво на енергия в непосредствена близост до нашата планета. За да направят това, те използваха оборудването, което беше на орбиталната станция Салют-6. Това позволи на учените много ефективно да изолират потоците от позитрони и електрони, чиято енергия надвишава 40 MeV. Орбитата на станцията (наклон 52°, надморска височина около 350-400 km) минаваше предимно под радиационния пояс на нашата планета. Въпреки това, той все още докосна вътрешната си част при бразилската магнитна аномалия. При преминаване на този регион са открити стационарни потоци, състоящи се от високоенергийни електрони. Преди този експеримент в ERP бяха записани само електрони, чиято енергия не надвишава 5 MeV.
Данни от изкуствени спътници от поредицата "Метеор-3"
Изследователи от МИФИ извършиха допълнителни измервания на изкуствени спътници на нашата планета от серия Метеор-3, в които височината на кръговите орбити беше 800 и 1200 км. Този път устройството е проникнало много дълбоко в RPZ. Той потвърди резултатите, получени по-рано на станция Салют-6. След това изследователите получиха друг важен резултат с помощта на магнитните спектрометри, инсталирани на станциите Мир и Салют-7. Доказано е, че по-рано откритият стабилен пояс се състои изключително от електрони (без позитрони), чиято енергия е много висока (до 200 MeV).
Откриване на неподвижния пояс на ядрата на CNO
Група изследователи от SNNP MSU в края на 80-те и началото на 90-те години на миналия век проведоха експеримент, насочен къмизследването на ядрата, които се намират в най-близкото космическо пространство. Тези измервания бяха извършени с помощта на пропорционални камери и ядрени фотографски емулсии. Те бяха извършени на спътници от серията Kosmos. Учените са открили наличието на потоци от ядра N, O и Ne в район от космическото пространство, в който орбитата на изкуствен спътник (наклон от 52°, височина около 400-500 km) пресича бразилската аномалия.
Както показа анализът, тези ядра, чиято енергия достига няколко десетки MeV/нуклон, не са от галактически, албедо или слънчев произход, тъй като не могат да проникнат дълбоко в магнитосферата на нашата планета с такава енергия. Така учените откриха аномалния компонент на космическите лъчи, уловени от магнитното поле.
Атомите с ниска енергия в междузвездната материя са в състояние да проникнат в хелиосферата. Тогава ултравиолетовото лъчение на Слънцето ги йонизира един или два пъти. Получените заредени частици се ускоряват от фронтовете на слънчевия вятър, достигайки няколко десетки MeV/нуклон. След това те навлизат в магнитосферата, където се улавят и напълно йонизират.
Квазистационарен пояс от протони и електрони
На 22 март 1991 г. на Слънцето се случи мощно изригване, което беше придружено от изхвърляне на огромна маса слънчева материя. Той достигна магнитосферата до 24 март и промени външния си регион. Частици от слънчевия вятър, които имаха висока енергия, избухнаха в магнитосферата. Стигнаха до района, където тогава се намираше американският спътник CRESS. инсталиран на негоинструментите регистрират рязко увеличение на протоните, чиято енергия варира от 20 до 110 MeV, както и мощни електрони (около 15 MeV). Това показва появата на нов колан. Първо, квазистационарният пояс беше наблюдаван на редица космически кораби. Само на станция Мир обаче е проучена през целия й живот, който е около две години.
Между другото, през 60-те години на миналия век, в резултат на експлозията на ядрени устройства в космоса, се появи квазистационарен пояс, състоящ се от електрони с ниски енергии. Продължи около 10 години. Радиоактивните фрагменти от деленето се разпаднаха, което беше източникът на заредени частици.
Има ли RPG на Луната
Спътникът на нашата планета няма радиационен пояс на Ван Алън. Освен това няма защитна атмосфера. Повърхността на Луната е изложена на слънчеви ветрове. Силно слънчево изригване, ако се случи по време на лунна експедиция, ще изпепели както астронавтите, така и капсулите, тъй като ще има огромен поток от радиация, която ще бъде освободена, което е смъртоносно.
Възможно ли е да се предпазите от космическа радиация
Този въпрос интересува учените от много години. В малки дози радиацията, както знаете, практически няма ефект върху нашето здраве. Въпреки това, той е безопасен само когато не надвишава определен праг. Знаете ли какво е нивото на радиация извън пояса на Ван Алън, на повърхността на нашата планета? Обикновено съдържанието на частици радон и торий не надвишава 100 Bq на 1 m3. Вътре в RPZтези цифри са много по-високи.
Разбира се, радиационните пояси на Земя на Ван Алън са много опасни за хората. Ефектът им върху тялото е изследван от много изследователи. Съветските учени през 1963 г. казаха на Бърнард Ловел, известен британски астроном, че не познават средство за защита на човек от излагане на радиация в космоса. Това означаваше, че дори дебелостенните корпуси на съветските апарати не могат да се справят с него. Как най-тънкият метал, използван в американските капсули, почти като фолио, защити астронавтите?
Според НАСА, тя изпраща астронавти на Луната само когато не се очакват изригвания, което организацията е в състояние да предвиди. Това направи възможно намаляването на радиационната опасност до минимум. Други експерти обаче твърдят, че може само грубо да се предвиди датата на големи емисии.
Коланът на Ван Алън и полетът до луната
Леонов, съветски космонавт, въпреки това излиза в открития космос през 1966 г. Той обаче беше облечен в супер тежък оловен костюм. И след 3 години астронавти от САЩ скачаха на лунната повърхност и очевидно не в тежки скафандри. Може би през годините специалистите на НАСА са успели да открият ултралек материал, който надеждно предпазва астронавтите от радиация? Полетът до Луната все още повдига много въпроси. Един от основните аргументи на тези, които смятат, че американците не са кацнали върху него, е наличието на радиационни пояси.
