Centura de radiații a lui Van Allen

radiație Pământ curea (RPG-uri), centura Van Allen, sau - o regiune a spațiului cel mai apropiat în jurul planetei, având formă de inele, care sunt fluxuri gigantice de electroni și protoni. Pământul le reține prin intermediul unui câmp magnetic dipol.

descoperire

RPG-ul a fost descoperit în 1957-58. oameni de știință din Statele Unite și URSS. "Explorer-1" (prezentat mai jos), primul satelit spațial american, lansat în 1958, a furnizat date foarte importante. Datorită experimentului la bord efectuat de americani pe suprafața Pământului (la o altitudine de aproximativ 1000 km), a fost găsită o centură de radiație (internă). Mai târziu, la o altitudine de aproximativ 20.000 km, a fost descoperită oa doua zonă. Nu există o limită clară între centurile interioare și cele exterioare - prima trece treptat în a doua. Aceste două zone de radioactivitate diferă în ceea ce privește gradul de încărcare a particulelor și compoziția lor.

Aceste zone au devenit cunoscute ca centurile lui Van Allen. James Van Allen este un fizician al cărui experiment a ajutat la descoperirea lor. Oamenii de știință au descoperit că aceste curele constau dintr-un vânt solar și particule încărcate de raze cosmice, care sunt atrase de Pământ prin câmpul său magnetic. Fiecare dintre ele formează un torus în jurul planetei noastre (o figură care seamănă cu o formă gogoasă).

În spațiu de atunci, s-au desfășurat multe experimente. Ele au făcut posibilă cercetarea principalelor caracteristici și proprietăți ale RPG-ului. Nu numai că planeta noastră are centuri de radiație. Ele se găsesc și în alte corpuri cerești, care au o atmosferă și un câmp magnetic. Centura de radiație a lui Van Allen a fost descoperită datorită navelor interplanetare din SUA de pe Marte. În plus, americanii l-au găsit în Saturn și Jupiter.

Câmp magnetic dipol

Planeta noastră nu are numai centura lui Van Allen, ci și un câmp magnetic dipol. Este un set de cochilii magnetice încuiate unul în celălalt. Structura acestui câmp seamănă cu un cap de varză sau o ceapă. O cochilie magnetică poate fi imaginată ca o suprafață țesută țesută din linii magnetice de putere. Cu cât coajă este mai aproape de centrul dipolului, cu atât intensitatea câmpului magnetic este mai mare. În plus, impulsul necesar pentru ca o particulă încărcată să o pătrundă din exterior crește de asemenea.

Astfel, cea de-a N-a are un impuls al particulei P_n. În cazul în care impulsul inițial al unei particule nu depășește P_n, reflectă câmpul magnetic. Particula revine apoi în spațiul cosmic. Cu toate acestea, se întâmplă, de asemenea, că se află pe cochilia N. În acest caz, nu mai este în stare să o lase. Particulele prinse vor fi prinse până când se vor disipa sau, în coliziune cu atmosfera reziduală, nu vor pierde energie.

În câmp magnetic a planetei noastre, aceeași cochilie se află la distanțe diferite de suprafața pământului la diferite longitudine. Aceasta se datorează nepotrivirii axei câmpului magnetic cu axa de rotație a planetei. Acest efect este cel mai vizibil față de anomalia magnetică braziliană. În această regiune, liniile magnetice de forță sunt coborâte, iar particulele capturate care se deplasează de-a lungul lor pot fi sub 100 km de altitudine și pot astfel să piară în atmosfera terestră.

Compoziția RPG-ului

În interiorul centurii de radiații, distribuția de protoni și electroni nu este aceeași. Primele sunt în partea sa internă, iar ultima - în exteriorul. Prin urmare, într-un stadiu incipient al cercetării, oamenii de știință au crezut că există benzi externe (electronice) și interne (protonice) ale Pământului. În prezent, acest aviz este irelevant.

Cel mai semnificativ mecanism de generare a centurilor de umplere a lui Van Allen este degradarea neutronilor albedo. Trebuie remarcat faptul că neutronii sunt creați atunci când atmosfera interacționează cu radiația cosmică. Fluxul acestor particule care se deplasează în direcția planetei noastre (neutroni albedo) trece prin câmpul magnetic al Pământului fără obstacole. Cu toate acestea, ele sunt instabile și se pot dezintegra cu ușurință în electroni, protoni și antineutrinos de electroni. Nucleele albedo radioactive, care au o energie mare, se distrug în interiorul zonei de captură. Acesta este modul în care centura lui Van Allen este completat cu pozitroni și electroni.

RPG și furtuni magnetice

Când începe puternicul furtuni magnetice, aceste particule nu sunt doar accelerate, ci lăsă centura radioactivă a lui Van Allen, adormind din ea. Ideea este că, dacă configurația câmpului magnetic se schimbă, punctele de oglindă pot fi scufundate în atmosferă. În acest caz, particulele, care pierd energie (pierderi de ionizare, împrăștiere) schimbă unghiurile de pantă și apoi mor, ajungând la straturile superioare ale magnetosferei.

RPG și aurora borealis

Centura de radiație a lui Van Allen este înconjurată de un strat de plasmă, care este capturat de fluxuri de ioni și electroni. Unul dintre motivele unui astfel de fenomen ca radiația nordică (polară) este că particulele apar din stratul plasmatic și, de asemenea, parțial din RPG-ul exterior. Lumina nordică este radiația atomilor atmosferici, care sunt excitați din cauza unei coliziuni cu particule care s-au vărsat de pe centură.

Studiul RPG

Aproape toate rezultatele fundamentale ale studiilor unor astfel de formațiuni precum centurile de radiație au fost obținute în jurul anilor 1960 și 1970. Observații recente folosind orbital, navele interplanetare și cele mai recente echipamente științifice au permis oamenilor de știință să extragă informații noi importante. Cămile lui Van Allen în jurul Pământului continuă să fie studiate în timpul nostru. Pe scurt, vom vorbi despre cele mai importante realizări în acest domeniu.

Datele primite de la "Salyut-6"

Cercetătorii de la MEPhI la începutul anilor 80 ai secolului trecut au investigat fluxul 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 statia orbitala Salyut-6. A permis oamenilor de știință să izoleze în mod eficient fluxul de pozitroni și electroni a căror energie depășește 40 MeV. Orbita stației (înclinare 52 °, altitudine aproximativ 350-400 km) a trecut mai ales sub centura de radiații a planetei noastre. Cu toate acestea, ea a atins încă partea sa internă din anomalia magnetică braziliană. La intersecția acestei regiuni s-au găsit fluxuri staționare constând din electroni de mare energie. În RPG înainte de acest experiment, s-au înregistrat numai electroni a căror energie nu a depășit 5 MeV.

Datele sateliților artificiali ai "Meteor-3"

Cercetătorii de la MEPhI au efectuat măsurători suplimentare asupra sateliților artificiali ai planetei noastre "Meteor-3", în care înălțimea orbitelor circulare a fost de 800 și 1200 km. De data aceasta dispozitivul a fost introdus foarte rar în RPG. El a confirmat rezultatele obținute mai devreme la stația Salyut-6. Apoi, cercetătorii au obținut un alt rezultat important, folosind spectrometre magnetice instalate la stațiile Mir și Salyut-7. Sa dovedit că centura stabilă stabilită anterior constă exclusiv din electroni (fără pozitroni), a căror energie este foarte ridicată (până la 200 MeV).

Descoperirea centurii staționare a nucleelor ​​CNO

Un grup de cercetători de la Institutul de Fizică Nucleară din cadrul Universității de Stat din Moscova a realizat un experiment la sfârșitul anilor 1980 și începutul anilor 1990 al secolului trecut, care vizează studierea nucleelor ​​care se află în cel mai apropiat spațiu cosmic. Aceste măsurători au fost efectuate cu ajutorul camerelor proporționale și al fotomulselor nucleare. Acestea au fost efectuate pe satelitul seriei Cosmos. Oamenii de știință au descoperit prezența nucleelor ​​fluxuri N, O și Ne în spațiu, în care o orbita satelitului artificial (înclinare de 52 °, aproximativ 400-500 km înălțime) intersectează anomalia brazilian.

Analiza a arătat că aceste nuclee, energia ajunge la cateva zeci de MeV / nucleon nu au fost galactic, albedoul sau de origine solară, deoarece acestea nu au putut cu atât de multă energie pentru a pătrunde adânc în magnetosfera planetei noastre. Deci, oamenii de stiinta au descoperit o componenta anormala a razelor cosmice prinse intr-un camp magnetic.

Atomii cu nivel scăzut de energie din materia interstelară pot penetra heliosfera. Apoi, radiația ultravioletă a soarelui le ionizează o dată sau de două ori. Particulele încărcate rezultate sunt accelerate pe fronturile vântului solar, ajungând la câteva zeci de MeV / nucleon. Apoi pătrund în magnetosferă, în care sunt capturați și ionizați complet.

Curea cvasiistă a protonilor și a electronilor

La Soare, pe 22 martie 1991, sa produs un fulger puternic, care a fost însoțit de evacuarea unei mase uriașe de materie solară. A ajuns în magnetosferă până în 24 martie și și-a schimbat zona exterioară. Particulele vântului solar, care avea o mare energie, izbucnesc în magnetosferă. Au ajuns în zona unde era CRESS, un satelit american. Instalat pe acesta, dispozitivele au înregistrat o creștere accentuată a protonilor, a căror energie era cuprinsă între 20 și 110 MeV, precum și electroni puternici (aproximativ 15 MeV). Acest lucru a indicat apariția unei noi centuri. În primul rând, o centură cvasi-staționară a fost observată pe un număr de nave spațiale. Cu toate acestea, numai la stația Mir a fost studiată pe întreaga durată a vieții, care este de aproximativ doi ani.

Apropo, în anii `60 ai secolului trecut, ca rezultat al exploziei dispozitivelor nucleare în spațiu, a apărut o centură cvasi-staționară constând din electroni cu energii mici. A durat aproximativ 10 ani. Fragmentele de fisiune radioactivă s-au dezintegrat, care a fost sursa particulelor încărcate.

Există un RPG pe Lună

Satelitul planetei noastre nu are centura de radiații a lui Van Allen. În plus, el nu are o atmosferă protectoare. Suprafața lunii este deschisă vânturilor însorite. puternic incendierea solară, dacă s-ar întâmpla în timpul expediției lunare, ar incinera atât astronauții cât și capsula, deoarece ar exista o ejecție a unui flux de radiații colosal care este mortal.

Este posibil să ne protejăm de radiația cosmică

Această întrebare a fost de interes pentru oamenii de știință de mai mulți ani. În doze mici, radiațiile, după cum se știe, practic nu afectează starea sănătății noastre. Cu toate acestea, este sigur numai atunci când nu depășește un anumit prag. Știți ce nivel de radiație în afara centurii lui Van Allen se află pe suprafața planetei noastre? De obicei, conținutul de particule de radon și de toriu nu depășește 100 Bq pe 1 m³. În interiorul RPG, acești indicatori sunt mult mai mari.

Bineînțeles, centurile de radiație ale Țării lui Van Allen sunt foarte periculoase pentru oameni. Impactul lor asupra organismului a fost studiat de mulți cercetători. Oamenii de știință sovietici în 1963 au spus lui Bernard Lowell, un astronom britanic celebru, că nu cunosc mijloacele de a proteja o persoană de efectele radiației în spațiu. Acest lucru însemna că și cojile cu pereți groși ale aparatului sovietic nu puteau face față. Cum este subțire metalul folosit în capsulele americanilor, aproape ca o folie, capabilă să protejeze astronauții?

Potrivit asigurărilor NASA, a trimis astronauții pe Lună numai atunci când nu era de așteptat ca focarele pe care organizația să le poată prezice. Aceasta a făcut posibilă reducerea riscului de radiații. Alți specialiști spun, totuși, că se poate prezice doar aproximativ data emisiilor mari.

Cureaua lui Van Allen și zborul spre lună

Leonov, un cosmonaut sovietic, în 1966 a intrat încă în spațiu liber. Cu toate acestea, el a fost îmbrăcat într-un costum extraordinar de plumb. Și în 3 ani astronauții din SUA au sărit pe suprafața lunară și, evident, nu în costume grele. Poate că experții de la NASA au reușit să găsească de-a lungul anilor un material ultrascurt care protejează în mod fiabil astronauții de radiații? Zbor spre Lună ridică încă multe întrebări. Unul dintre principalele argumente ale celor care cred că americanii nu au aterizat pe ea este existența curelelor de radiații.