Centura de radiații a Pământului (ERB), sau centura Van Allen, este regiunea celui mai apropiat spațiu exterior din apropierea planetei noastre, care arată ca un inel, în care există fluxuri uriașe de electroni și protoni. Pământul le ține cu un câmp magnetic dipol.
Deschidere
RPZ a fost descoperit în 1957-1958. oameni de știință din Statele Unite și URSS. Explorer 1 (foto de mai jos), primul satelit spațial american lansat în 1958, a oferit date foarte importante. Datorită unui experiment la bord efectuat de americani deasupra suprafeței Pământului (la o altitudine de aproximativ 1000 km), a fost găsită o centură de radiații (internă). Ulterior, la o altitudine de aproximativ 20.000 km, a fost descoperită o a doua astfel de zonă. Nu există o limită clară între centurile interioare și exterioare - prima trece treptat în a doua. Aceste două zone de radioactivitate diferă în ceea ce privește gradul de încărcare al particulelor și compoziția lor.
Aceste zone au devenit cunoscute sub numele de centurile Van Allen. James Van Allen este un fizician al cărui experiment i-a ajutatdescoperi. Oamenii de știință au descoperit că aceste centuri constau din vântul solar și particule încărcate de raze cosmice, care sunt atrase de Pământ de câmpul său magnetic. Fiecare dintre ele formează un torus în jurul planetei noastre (o formă care seamănă cu o gogoașă).
De atunci au fost efectuate multe experimente în spațiu. Acestea au făcut posibilă studierea principalelor caracteristici și proprietăți ale RPZ. Nu numai planeta noastră are centuri de radiații. Ele se găsesc și în alte corpuri cerești care au o atmosferă și un câmp magnetic. Centura de radiații Van Allen a fost descoperită datorită navei spațiale interplanetare americane de lângă Marte. În plus, americanii l-au găsit lângă Saturn și Jupiter.
Câmp magnetic dipol
Planeta noastră are nu numai centura Van Allen, ci și un câmp magnetic dipol. Este un set de cochilii magnetice imbricate unul în celăl alt. Structura acestui câmp seamănă cu un cap de varză sau cu o ceapă. Învelișul magnetic poate fi imaginat ca o suprafață închisă țesută din linii de forță magnetice. Cu cât carcasa este mai aproape de centrul dipolului, cu atât intensitatea câmpului magnetic devine mai mare. În plus, crește și impulsul necesar pentru ca o particulă încărcată să o pătrundă din exterior.
Deci, învelișul a N-a are impulsul particulei P . În cazul în care impulsul inițial al particulei nu depășește P , acesta este reflectat de câmpul magnetic. Particula se întoarce apoi în spațiul cosmic. Cu toate acestea, se întâmplă și să ajungă pe a N-a shell. În acest cazea nu mai este în stare să o părăsească. Particula prinsă va fi prinsă până când se disipează sau se ciocnește cu atmosfera reziduală și își pierde energie.
În câmpul magnetic al planetei noastre, aceeași înveliș se află la distanțe diferite de suprafața pământului la diferite longitudini. Acest lucru se datorează nepotrivirii dintre axa câmpului magnetic și axa de rotație a planetei. Acest efect este cel mai bine observat în cazul anomaliei magnetice braziliene. În această zonă, liniile magnetice de forță coboară, iar particulele prinse care se mișcă de-a lungul lor pot avea o înălțime sub 100 km, ceea ce înseamnă că vor muri în atmosfera pământului.
Compoziție RPG
În interiorul centurii de radiații, distribuția protonilor și electronilor nu este aceeași. Primele sunt în partea interioară a acesteia, iar a doua - în partea exterioară. Prin urmare, într-un stadiu incipient al studiului, oamenii de știință au crezut că există centuri de radiații externe (electronice) și interne (protoni) ale Pământului. În prezent, această opinie nu mai este relevantă.
Cel mai important mecanism pentru generarea de particule care umple centura Van Allen este dezintegrarea neutronilor albedo. Trebuie remarcat faptul că neutronii sunt creați atunci când atmosfera interacționează cu radiația cosmică. Fluxul acestor particule care se deplasează în direcția de la planeta noastră (neutroni albedo) trece prin câmpul magnetic al Pământului fără piedici. Cu toate acestea, ele sunt instabile și se descompun ușor în electroni, protoni și antineutrini electronici. Nucleii albedo radioactivi, care au energie mare, se descompun în zona de captare. Acesta este modul în care centura Van Allen este completată cu pozitroni și electroni.
ERP și furtuni magnetice
Când încep furtunile magnetice puternice, aceste particule nu doar accelerează, ci părăsesc centura radioactivă Van Allen, revărsându-se din ea. Cert este că dacă configurația câmpului magnetic se modifică, punctele oglinzii pot fi scufundate în atmosferă. În acest caz, particulele, pierzând energie (pierderi de ionizare, împrăștiere), își schimbă unghiurile de pas și apoi pierd când ajung în straturile superioare ale magnetosferei.
RPZ și aurora boreală
Centura de radiații Van Allen este înconjurată de un strat de plasmă, care este un flux prins de protoni (ioni) și electroni. Unul dintre motivele pentru un astfel de fenomen precum luminile nordice (polare) este că particulele cad din stratul de plasmă și, de asemenea, parțial din ERP exterior. Aurora boreală este emisia de atomi atmosferici, care sunt excitați din cauza coliziunii cu particulele care au căzut din centură.
RPZ Research
Aproape toate rezultatele fundamentale ale studiilor asupra unor formațiuni precum centurile de radiații au fost obținute în jurul anilor 1960 și 70. Observațiile recente folosind stații orbitale, nave spațiale interplanetare și cele mai noi echipamente științifice au permis oamenilor de știință să obțină informații noi foarte importante. Centurile Van Allen din jurul Pământului continuă să fie studiate în timpul nostru. Să vorbim pe scurt despre cele mai importante realizări în acest domeniu.
Date primite de la Salyut-6
Cercetători de la MEPhI la începutul anilor 80 ai secolului trecuta investigat fluxurile de electroni cu un nivel ridicat de energie în imediata apropiere a planetei noastre. Pentru a face acest lucru, au folosit echipamentul care se afla pe stația orbitală Salyut-6. Le-a permis oamenilor de știință să izoleze foarte eficient fluxurile de pozitroni și electroni, a căror energie depășește 40 MeV. Orbita stației (înclinație 52°, altitudine aproximativ 350-400 km) a trecut în principal sub centura de radiații a planetei noastre. Cu toate acestea, încă și-a atins partea interioară la anomalia magnetică braziliană. La traversarea acestei regiuni, au fost găsite fluxuri staționare constând din electroni de în altă energie. Înainte de acest experiment, în ERP erau înregistrați doar electroni, a căror energie nu depășea 5 MeV.
Date de la sateliți artificiali din seria „Meteor-3”
Cercetătorii de la MEPhI au efectuat măsurători suplimentare pe sateliții artificiali ai planetei noastre din seria Meteor-3, în care înălțimea orbitelor circulare a fost de 800 și 1200 km. De data aceasta, dispozitivul a pătruns foarte adânc în RPZ. El a confirmat rezultatele obținute mai devreme la stația Salyut-6. Apoi, cercetătorii au obținut un alt rezultat important utilizând spectrometrele magnetice instalate la stațiile Mir și Salyut-7. S-a dovedit că centura stabilă descoperită anterior este formată exclusiv din electroni (fără pozitroni), a căror energie este foarte mare (până la 200 MeV).
Descoperirea centurii staționare a nucleelor CNO
Un grup de cercetători de la SNNP MSU la sfârșitul anilor 80 și începutul anilor 90 ai secolului trecut a efectuat un experiment menit săstudiul nucleelor care sunt situate în cel mai apropiat spațiu exterior. Aceste măsurători au fost efectuate folosind camere proporționale și emulsii fotografice nucleare. Au fost efectuate pe sateliți din seria Kosmos. Oamenii de știință au detectat prezența fluxurilor de nuclee N, O și Ne într-o regiune a spațiului cosmic în care orbita unui satelit artificial (o înclinare de 52 °, o altitudine de aproximativ 400-500 km) a traversat anomalia braziliană.
Așa cum a arătat analiza, aceste nuclee, a căror energie a atins câteva zeci de MeV/nucleon, nu erau de origine galactică, albedo sau solară, deoarece nu puteau pătrunde adânc în magnetosfera planetei noastre cu o astfel de energie. Deci, oamenii de știință au descoperit componenta anormală a razelor cosmice, captate de câmpul magnetic.
Atomii cu energie joasă din materia interstelară sunt capabili să pătrundă în heliosferă. Apoi radiația ultravioletă a Soarelui îi ionizează o dată sau de două ori. Particulele încărcate rezultate sunt accelerate de fronturile vântului solar, atingând câteva zeci de MeV/nucleon. Apoi intră în magnetosferă, unde sunt capturate și ionizate complet.
Centura cvasistaționară de protoni și electroni
La 22 martie 1991, a avut loc o erupție puternică asupra Soarelui, care a fost însoțită de ejectarea unei mase uriașe de materie solară. A ajuns în magnetosferă pe 24 martie și și-a schimbat regiunea exterioară. Particulele vântului solar, care aveau energie mare, au izbucnit în magnetosferă. Au ajuns în zona unde se afla atunci CRESS, satelitul american. instalat pe elinstrumentele au înregistrat o creștere bruscă a protonilor, a căror energie a variat de la 20 la 110 MeV, precum și a electronilor puternici (aproximativ 15 MeV). Acest lucru a indicat apariția unei noi centuri. În primul rând, centura cvasi-staționară a fost observată pe o serie de nave spațiale. Cu toate acestea, doar la stația Mir a fost studiată pe toată durata de viață, care este de aproximativ doi ani.
Apropo, în anii 60 ai secolului trecut, ca urmare a faptului că dispozitivele nucleare au explodat în spațiu, a apărut o centură cvasi-staționară, formată din electroni cu energii scăzute. A durat aproximativ 10 ani. Fragmentele radioactive de fisiune s-au degradat, ceea ce era sursa particulelor încărcate.
Există un RPG pe Lună
Satelitul planetei noastre nu are centura de radiații Van Allen. În plus, nu are atmosferă protectoare. Suprafața lunii este expusă vântului solar. O erupție solară puternică, dacă ar avea loc în timpul unei expediții lunare, ar incinera atât astronauții, cât și capsulele, deoarece ar fi eliberat un flux imens de radiații, ceea ce este mortal.
Este posibil să te protejezi de radiațiile cosmice
Această întrebare a fost de interes pentru oamenii de știință de mulți ani. În doze mici, radiațiile, după cum știți, practic nu au niciun efect asupra sănătății noastre. Cu toate acestea, este sigur doar atunci când nu depășește un anumit prag. Știți care este nivelul de radiație în afara centurii Van Allen, pe suprafața planetei noastre? De obicei, conținutul de particule de radon și toriu nu depășește 100 Bq per 1 m3. În interiorul RPZaceste cifre sunt mult mai mari.
Desigur, centurile de radiații din Van Allen Land sunt foarte periculoase pentru oameni. Efectul lor asupra organismului a fost studiat de mulți cercetători. Oamenii de știință sovietici i-au spus, în 1963, lui Bernard Lovell, un cunoscut astronom britanic, că nu cunosc un mijloc de a proteja o persoană de expunerea la radiații în spațiu. Aceasta însemna că nici măcar obuzele cu pereți groși ale aparatelor sovietice nu puteau face față. Cum i-a protejat pe astronauți cel mai subțire metal folosit în capsulele americane, aproape ca folie?
Conform NASA, a trimis astronauți pe Lună numai atunci când nu erau așteptate erupții, lucru pe care organizația este capabilă să-l prezică. Acesta este ceea ce a făcut posibilă reducerea riscului de radiații la minimum. Alți experți susțin însă că se poate prezice doar aproximativ data emisiilor mari.
Centura Van Allen și zborul către lună
Leonov, un cosmonaut sovietic, a intrat totuși în spațiul cosmic în 1966. Cu toate acestea, purta un costum de plumb super-greu. Și după 3 ani, astronauții din Statele Unite săreau pe suprafața lunară, și evident nu în costume spațiale grele. Poate că, de-a lungul anilor, specialiștii NASA au reușit să descopere un material ultra-ușor care protejează fiabil astronauții de radiații? Zborul spre Lună ridică încă multe întrebări. Unul dintre principalele argumente ale celor care cred că americanii nu au aterizat pe el este existența centurilor de radiații.
