Радыяцыйны пояс Ван Алена

Радыяцыйны пояс Зямлі (РПЗ), або пояс Ван Алена - гэта вобласць бліжэйшага касмічнай прасторы каля нашай планеты, якая мае выгляд кольца, у якой знаходзяцца гіганцкія патокі электронаў і пратонаў. Зямля ўтрымлівае іх з дапамогай дыпольныя магнітнага поля.

адкрыццё

РПЗ быў знойдзены ў 1957-58 гг. навукоўцамі з Злучаных Штатаў і СССР. "Эксплорер-1" (на фота ніжэй), першы касмічны спадарожнік ЗША, запуск якога адбыўся ў 1958 годзе, падаў вельмі важныя дадзеныя. Дзякуючы праведзенаму амерыканцамі бартавым эксперыменту над паверхняй Зямлі (на вышыні прыкладна 1000 км), быў знойдзены пояс радыяцыі (ўнутраны). Пазней на вышыні каля 20000 км была выяўленая другая такая зона. Не існуе выразнай мяжы паміж унутраным і вонкавым паясамі - першы паступова пераходзіць у другі. Гэтыя дзве зоны радыеактыўнасці адрозніваюцца па ступені зараджаная часціца і іх складу.

Дадзеныя вобласці сталі называцца паясамі Ван Алена. Джэймс Ван Ален - фізік, эксперымент якога дапамог іх выявіць. Навукоўцы высветлілі, што гэтыя паясы складаюцца з сонечнага ветру і зараджаных часціц касмічных прамянёў, якія прыцягваюцца да Зямлі яе магнітным полем. Кожны з іх фармуе тор вакол нашай планеты (фігуру, якая па форме нагадвае пончык).

У космасе з таго часу было праведзена мноства эксперыментаў. Яны дазволілі даследаваць асноўныя асаблівасці і ўласцівасці РПЗ. Не толькі ў нашай планеты існуюць радыяцыйныя пояса. Яны маюцца і ў іншых нябесных тэл, якія валодаюць атмасферай і магнітным полем. Пояс радыяцыі Ван Алена быў знойдзены, дзякуючы міжпланетным караблям ЗША у Марса. Акрамя таго, амерыканцы знайшлі яго ў Сатурна і Юпітэра.

Дыпольныя магнітнае поле

У нашай планеты маецца не толькі пояс Ван Алена, але і дыпольныя магнітнае поле. Яно ўяўляе сабой набор магнітных абалонак, укладзеных адна ў адну. Структура гэтага поля нагадвае качан капусты або цыбуліну. Магнітную абалонку можна ўявіць сабе як вытканае з сілавых магнітных ліній замкнёную паверхню. Чым бліжэй да цэнтра дыполя знаходзіцца абалонка, тым больш становіцца напружанасць магнітнага поля. Акрамя таго, імпульс, які патрабуецца зараджанай часціцы для пранікнення ў яе звонку, таксама павялічваецца.

Такім чынам, N-я абалонка валодае імпульсам часціцы _P n. У выпадку, калі пачатковы імпульс часціцы не перавышае _P n, яе адлюстроўвае магнітнае поле. Часціца тады вяртаецца ў касмічную прастору. Аднак бывае і так, што яна аказваецца на N-й абалонцы. У гэтым выпадку яна ўжо не здольная яе пакінуць. Захопленая часціца будзе знаходзіцца ў пастцы да таго часу, пакуль яна не рассеецца або, сутыкнуўшыся з рэшткавым атмасферай, ня страціць энергію.

У магнітным полі нашай планеты адна і тая ж абалонка знаходзіцца на розным адлегласці ад зямной паверхні на розных даўготах. Гэта адбываецца з-за несупадзення восі магнітнага поля з воссю кручэння планеты. Дадзены эфект прыкметны лепш за ўсё над бразільскай магнітнай анамаліяй. У гэтай галіне сілавыя магнітныя лініі апускаюцца, і захопленыя часціцы, якія рухаюцца па іх, могуць апынуцца ніжэй за 100 км вышыні, а значыць, загінуць у зямной атмасферы.

склад РПЗ

Ўнутры радыяцыйнага пояса размеркаванне пратонаў і электронаў неаднолькава. Першыя знаходзяцца ва ўнутранай яго часткі, а другія - у знешнім. Таму на раннім этапе даследавання навукоўцы лічылі, што маюцца знешні (электронны) і ўнутраны (пратонны) радыяцыйныя паясы Зямлі. У цяперашні час гэта меркаванне ўжо неактуальна.

Найбольш значным механізмам генерацыі якія запаўняюць пояс Ван Алена часціц з'яўляецца распад альбедных нейтронаў. Неабходна адзначыць, што нейтроны ствараюцца, калі атмасфера ўзаемадзейнічае з касмічным выпраменьваннем. Паток гэтых часціц, якія рухаюцца па кірунку ад нашай планеты (нейтроны альбеда), праходзіць праз магнітнае поле Зямлі бесперашкодна. Аднак яны з'яўляюцца нестабільнымі і лёгка распадаюцца на электроны, пратоны і электроннае антинейтрино. Радыеактыўныя альбедные ядра, якія валодаюць вялікай энергіяй, распадаюцца ўнутры зоны захопу. Менавіта так пояс Ван Алена папаўняецца пазітронна і электронамі.

РПЗ і магнітныя буры

Калі пачынаюцца моцныя магнітныя буры, гэтыя часціцы не проста паскараюцца, яны пакідаюць радыеактыўны пояс Ван Алена, высыплюць з яго. Справа ў тым, што, калі канфігурацыя магнітнага поля змяняецца, люстраныя кропкі могуць быць пагружаныя ў атмасферу. У гэтым выпадку часціцы, губляючы энергію (іянізацыйных страты, рассейванне) змяняюць пітч-куты, а затым гінуць, дасягнуўшы верхніх слаёў магнітасфэры.

РПЗ і паўночнае ззянне

Радыяцыйны пояс Ван Алена акружаны плазменным пластом, якія ўяўляюць сабой захопленыя патокі пратонаў (іёнаў) і электронаў. Адна з прычын такой з'явы, як паўночнае (палярнае) зьзяньне - гэта тое, што часціцы высыпаюцца з плазменнага пласта, а таксама часткова з вонкавага РПЗ. Паўночнае ззянне ўяўляе сабой выпраменьванне атамаў атмасферы, якія узбуджаюцца з-за сутыкнення з высыпалі з пояса часціцамі.

даследаванне РПЗ

Амаль усе асноватворныя вынікі даследаванняў такіх утварэнняў, як радыяцыйныя паясы, былі атрыманы прыкладна ў 1960-70-я гады. Нядаўнія назірання з ужываннем арбітальных станцый, міжпланетных караблёў і найноўшай навуковай апаратуры дазволілі навукоўцам здабыць вельмі важныя новыя звесткі. Паясы Ван Алена вакол Зямлі працягваюць вывучацца і ў наш час. Сцісла распавядзем аб важнейшых дасягненнях у гэтай галіне.

Дадзеныя, атрыманыя ад "Салюту-6"

Даследнікі з МІФІ ў пачатку 80-х гадоў мінулага стагоддзя даследавалі патокі электронаў з высокім узроўнем энергіі ў бліжэйшай наваколлі нашай планеты. Для гэтага яны выкарыстоўвалі апаратуру, якая знаходзілася на арбітальнай станцыі "Салют-6". Яна дазваляла навукоўцам вельмі эфектыўна вылучаць патокі пазітронаў і электронаў, энергія якіх перавышае 40 МЭВ. Арбіта станцыі (лад 52 °, вышыня каля 350-400 км) праходзіла ў асноўным ніжэй радыяцыйнага пояса нашай планеты. Аднак яна ўсё ж такі кранала ўнутраную яго частка каля Бразільскай магнітнай анамаліі. Пры перасячэнні гэтага раёна былі знойдзены стацыянарныя патокі, якія складаюцца з высокоэнергичных электронаў. У РПЗ да гэтага эксперыменту былі зафіксаваныя толькі электроны, энергія якіх не перавышала 5 МЭВ.

Дадзеныя штучных спадарожнікаў серыі "Метэор-3"

Даследнікі з МІФІ правялі далейшыя вымярэння на штучных спадарожніках нашай планеты серыі "Метэор-3", у якіх вышыня кругавых арбіт складала 800 і 1200 км. На гэты раз прыбор ўкараніўся ў РПЗ вельмі глыбока. Ён пацвердзіў вынікі, якія былі атрыманы раней на станцыі "Салют-6". Затым даследнікі атрымалі яшчэ адзін важны вынік, выкарыстаўшы устаноўленыя на станцыях "Мір" і "Салют-7" магнітныя спектрометры. Было даказана, што выяўлены раней стабільны пояс складаецца выключна з электронаў (без пазітронаў), энергія якіх вельмі вялікая (да 200 МЭВ).

Адкрыццё стацыянарнага паясы ядраў CNO

Група даследчыкаў з НИЯФ МДУ ў канцы 80-х-пачатку 90-х гадоў мінулага стагоддзя ажыццявіла эксперымент, нацэлены на вывучэнне ядраў, якія размешчаны ў найбліжэйшай касмічнай прасторы. Дадзеныя вымярэння былі праведзеныя з выкарыстаннем прапарцыйных камер і ядзерных фотаэмульсіяй. Яны ажыццяўляліся на ІСВ серыі "Космас". Навукоўцы выявілі наяўнасць патокаў ядраў N, O і Ne ў галіне касмічнай прасторы, у якой арбіта штучнага спадарожніка (лад 52 °, вышыня каля 400-500 км) перасякала бразільскі анамалію.

Як паказаў аналіз, гэтыя ядра, энергія якіх дасягала некалькіх дзесяткаў МЭВ / нуклонов, мелі ня галактычнай, альбедное або сонечнае паходжанне, паколькі яны ніяк не маглі з такой энергіяй глыбока ўкараніцца ў магнітасфэру нашай планеты. Так навукоўцы выявілі анамальную кампаненту касмічных прамянёў, захопленую магнітным полем.

Малоэнергичные атамы, якія знаходзяцца ў міжзоркавай матэрыі, здольныя пранікаць у гелиосферу. Затым ультрафіялетавае выпраменьванне Сонца іх іянізуе аднаразова або двухразова. Якія ўтварыліся ў выніку гэтага зараджаныя часціцы разганяюцца на франтах сонечнага ветру, дасягаючы некалькіх дзесяткаў МЭВ / нуклонов. Затым яны пранікаюць у магнітасфэру, у якой захопліваюцца і цалкам іянізуюць.

Квазистационарный пояс пратонаў і электронаў

На Сонца 22 сакавіка 1991 г. здарылася магутная ўспышка, якая суправаджалася выкідам велізарнай масы сонечнага рэчывы. Яно дасягнула магнітасфэры да 24 сакавіка і змяніла яе знешнюю вобласць. У магнітасфэру ўварваліся часціцы сонечнага ветру, якія мелі вялікую энергію. Яны дасягнулі раёна, у якім тады знаходзіўся CRESS, амерыканскі спадарожнік. Устаноўленыя на ім прыборы зафіксавалі рэзкае ўзрастанне пратонаў, энергія якіх складала ад 20 да 110 МЭВ, а таксама магутных электронаў (каля 15 МЭВ). Гэта сведчыла аб з'яўленні новага пояса. Спачатку квазистационарный пояс назіралі на цэлым шэрагу касмічных апаратаў. Аднак толькі на станцыі "Мір" ён вывучаўся на працягу ўсяго тэрміну жыцця, якая складае каля двух гадоў.

Дарэчы, у 60-х гадах мінулага стагоддзя ў выніку таго, што ў космасе ўзарваліся ядзерныя прылады, з'явіўся квазистационарный пояс, які складаецца з электронаў, якія маюць малыя энергіі. Ён праіснаваў прыкладна 10 гадоў. Радыеактыўныя аскепкі дзялення распадаліся, што і было крыніцай зараджаных часціц.

Ці ёсць РПЗ на Месяцы

У спадарожніка нашай планеты адсутнічае радыяцыйны пояс Ван Алена. Акрамя таго, у яго няма і ахоўнай атмасферы. Паверхню Месяца адкрыта сонечным вятрах. Моцная сонечная ўспышка, калі б яна адбылася падчас месяцовай экспедыцыі, ператварыла б у попел і астранаўтаў, і капсулы, паколькі адбыўся б выкід каласальнага патоку радыяцыі, якая з'яўляецца смяротнай.

Ці можна абараніцца ад касмічнай радыяцыі

Гэтае пытанне ўжо доўгія гады цікавіць навукоўцаў. У невялікіх дозах радыяцыя, як вядома, практычна не ўплывае на стан нашага здароўя. Аднак яна бяспечная толькі тады, калі не перавышае пэўны парог. Ці ведаеце вы, які ўзровень радыяцыі па-за пояса Ван Алена, на паверхні нашай планеты? Звычайна ўтрыманне часціц радону і торыя не перавышае 100 Бк на 1 м ^3. Ўнутры РПЗ гэтыя паказчыкі нашмат вышэй.

Безумоўна, радыяцыйныя паясы Зямлі Ван Алена вельмі небяспечныя для чалавека. Іх уздзеянне на арганізм вывучала мноства даследчыкаў. Савецкія навукоўцы ў 1963 году заявілі Бярнарду Ловелл, вядомаму брытанскаму астраному, што ім невядома сродак абароны чалавека ад уздзеяння радыяцыі ў космасе. Гэта азначала, што з ёй не маглі справіцца нават таўстасценныя абалонкі савецкіх апаратаў. Якім жа чынам выкарыстоўваецца ў капсулах амерыканцаў найтанчэйшы метал, амаль як фальга, змог абараніць астранаўтаў?

Згодна з запэўненнях НАСА, яно адправіла астранаўтаў на Месяц толькі тады, калі не чакалася выбліскаў, якія арганізацыя здольная прадказваць. Менавіта гэта дазволіла знізіць да мінімуму радыяцыйную небяспеку. Іншыя спецыялісты, зрэшты, сцвярджаюць, што можна толькі прыкладна прадказаць дату вялікіх выпраменьванняў.

Пояс Ван Алена і палёт на Месяц

Лявонаў, савецкі касманаўт, у 1966 годзе ўсё ж выйшаў у адкрыты космас. Аднак ён быў апрануты ў звышцяжкай свінцовы гарнітур. А ўжо праз 3 гады астранаўты з ЗША скакалі па месяцовай паверхні, прычым відавочна не ў тяжеленных скафандрах. Магчыма, спецыялістам з НАСА за гэтыя гады ўдалося выявіць звышлёгкі матэрыял, які надзейна абараняе касманаўтаў ад радыяцыі? Палёт на Месяц да гэтага часу выклікае шмат пытанняў. Адзін з асноўных аргументаў тых, хто лічыць, што амерыканцы не высаджваліся на яе - існаванне радыяцыйных паясоў.