De stralingsgordel van de aarde (ERB), of de Van Allen-gordel, is het gebied van de dichtstbijzijnde ruimte nabij onze planeet, dat eruitziet als een ring, waarin gigantische stromen van elektronen en protonen zijn. De aarde houdt ze vast met een dipoolmagneetveld.
Opening
RPZ werd ontdekt in 1957-58. wetenschappers uit de Verenigde Staten en de USSR. Explorer 1 (hieronder afgebeeld), de eerste Amerikaanse ruimtesatelliet die in 1958 werd gelanceerd, heeft zeer belangrijke gegevens opgeleverd. Dankzij een experiment aan boord van de Amerikanen boven het aardoppervlak (op een hoogte van ongeveer 1000 km) werd een stralingsgordel (inwendig) gevonden. Later, op een hoogte van ongeveer 20.000 km, werd een tweede dergelijke zone ontdekt. Er is geen duidelijke grens tussen de binnenste en buitenste gordels - de eerste gaat geleidelijk over in de tweede. Deze twee zones van radioactiviteit verschillen in de mate van lading van de deeltjes en hun samenstelling.
Deze gebieden werden bekend als de Van Allen-riemen. James Van Allen is een natuurkundige wiens experiment hen heeft geholpenOntdek. Wetenschappers hebben ontdekt dat deze gordels bestaan uit de zonnewind en geladen deeltjes van kosmische straling, die door het magnetische veld naar de aarde worden aangetrokken. Elk van hen vormt een torus rond onze planeet (een vorm die lijkt op een donut).
Er zijn sinds die tijd veel experimenten in de ruimte uitgevoerd. Ze maakten het mogelijk om de belangrijkste kenmerken en eigenschappen van de RPZ te bestuderen. Niet alleen onze planeet heeft stralingsgordels. Ze worden ook gevonden in andere hemellichamen die een atmosfeer en een magnetisch veld hebben. De Van Allen-stralingsgordel werd ontdekt dankzij een Amerikaans interplanetair ruimtevaartuig in de buurt van Mars. Bovendien vonden de Amerikanen het in de buurt van Saturnus en Jupiter.
Dipool magnetisch veld
Onze planeet heeft niet alleen de Van Allen-gordel, maar ook een dipoolmagneetveld. Het is een set magnetische schelpen die in elkaar zijn genest. De structuur van dit veld lijkt op een kool of een ui. De magnetische schaal kan worden voorgesteld als een gesloten oppervlak dat is geweven uit magnetische krachtlijnen. Hoe dichter de schaal bij het midden van de dipool is, hoe groter de magnetische veldsterkte wordt. Bovendien neemt ook het momentum toe dat een geladen deeltje nodig heeft om het van buitenaf binnen te dringen.
Dus, de N-de schil heeft het deeltjesmomentum P . In het geval dat het initiële momentum van het deeltje niet groter is dan P , wordt het gereflecteerd door het magnetische veld. Het deeltje keert dan terug naar de ruimte. Het komt echter ook voor dat het op de N-shell terechtkomt. In dit gevalze kan het niet meer verlaten. Het ingesloten deeltje wordt gevangen totdat het verdwijnt of botst met de resterende atmosfeer en energie verliest.
In het magnetische veld van onze planeet bevindt dezelfde schil zich op verschillende afstanden van het aardoppervlak op verschillende lengtegraden. Dit komt door de mismatch tussen de as van het magnetische veld en de rotatie-as van de planeet. Dit effect is het best te zien bij de Braziliaanse magnetische anomalie. In dit gebied dalen magnetische krachtlijnen naar beneden, en ingesloten deeltjes die erlangs bewegen, kunnen minder dan 100 km hoog zijn, wat betekent dat ze zullen sterven in de atmosfeer van de aarde.
RPG-compositie
Binnen de stralingsgordel is de verdeling van protonen en elektronen niet hetzelfde. De eerste bevinden zich in het binnenste deel ervan, en de tweede - in het buitenste. Daarom geloofden wetenschappers in een vroeg stadium van het onderzoek dat er externe (elektronische) en interne (protonen) stralingsgordels van de aarde waren. Momenteel is deze mening niet langer relevant.
Het belangrijkste mechanisme voor het genereren van deeltjes die de Van Allen-gordel vullen, is het verval van albedo-neutronen. Opgemerkt moet worden dat neutronen worden gecreëerd wanneer de atmosfeer interageert met kosmische straling. De stroom van deze deeltjes die in de richting van onze planeet bewegen (albedo-neutronen) gaat ongehinderd door het aardmagnetisch veld. Ze zijn echter onstabiel en vervallen gemakkelijk in elektronen, protonen en elektronen-antineutrino's. Radioactieve albedo-kernen, die een hoge energie hebben, vervallen in de vangzone. Zo wordt de Van Allengordel aangevuld met positronen en elektronen.
ERP en magnetische stormen
Wanneer sterke magnetische stormen beginnen, versnellen deze deeltjes niet alleen, ze verlaten de radioactieve gordel van Van Allen en stromen eruit. Het feit is dat als de configuratie van het magnetische veld verandert, de spiegelpunten in de atmosfeer kunnen worden ondergedompeld. In dit geval veranderen de deeltjes, die energie verliezen (ionisatieverliezen, verstrooiing), hun hellingshoeken en vergaan ze wanneer ze de bovenste lagen van de magnetosfeer bereiken.
RPZ en noorderlicht
De Van Allen-stralingsgordel is omgeven door een plasmalaag, een ingesloten stroom van protonen (ionen) en elektronen. Een van de redenen voor een fenomeen als het noorderlicht (poollicht) is dat de deeltjes uit de plasmalaag vallen, en ook deels uit het buitenste ERP. De aurora borealis is de emissie van atmosferische atomen, die worden geëxciteerd door botsingen met deeltjes die uit de gordel zijn gevallen.
RPZ Onderzoek
Bijna alle fundamentele resultaten van studies van dergelijke formaties als stralingsgordels werden verkregen rond de jaren zestig en zeventig. Recente waarnemingen met behulp van orbitale stations, interplanetaire ruimtevaartuigen en de nieuwste wetenschappelijke apparatuur hebben wetenschappers in staat gesteld zeer belangrijke nieuwe informatie te verkrijgen. De Van Allen-gordels rond de aarde worden in onze tijd nog steeds bestudeerd. Laten we het kort hebben over de belangrijkste prestaties op dit gebied.
Gegevens ontvangen van Salyut-6
Onderzoekers van MEPhI in de vroege jaren 80 van de vorige eeuwonderzocht de stromen van elektronen met een hoog energieniveau in de directe omgeving van onze planeet. Om dit te doen, gebruikten ze de apparatuur die zich op het Salyut-6-orbitaalstation bevond. Het stelde wetenschappers in staat om zeer effectief de fluxen van positronen en elektronen te isoleren, waarvan de energie meer dan 40 MeV bedraagt. De baan van het station (helling 52°, hoogte ongeveer 350-400 km) ging voornamelijk onder de stralingsgordel van onze planeet. Het raakte echter nog steeds zijn binnenste deel bij de Braziliaanse magnetische anomalie. Bij het doorkruisen van dit gebied werden stationaire stromen bestaande uit hoogenergetische elektronen gevonden. Voorafgaand aan dit experiment werden alleen elektronen opgenomen in de ERP, waarvan de energie niet hoger was dan 5 MeV.
Gegevens van kunstmatige satellieten van de serie "Meteor-3"
Onderzoekers van MEPhI voerden verdere metingen uit op kunstmatige satellieten van onze planeet van de Meteor-3-serie, waarbij de hoogte van cirkelvormige banen 800 en 1200 km was. Dit keer is het toestel heel diep in de RPZ doorgedrongen. Hij bevestigde de resultaten die eerder op het Salyut-6-station waren verkregen. Vervolgens verkregen de onderzoekers een ander belangrijk resultaat door gebruik te maken van de magnetische spectrometers die op de Mir- en Salyut-7-stations waren geïnstalleerd. Het is bewezen dat de eerder ontdekte stabiele gordel uitsluitend bestaat uit elektronen (zonder positronen), waarvan de energie zeer hoog is (tot 200 MeV).
Ontdekking van de stationaire gordel van CNO-kernen
Een groep onderzoekers van de SNNP MSU voerde eind jaren 80 en begin jaren 90 van de vorige eeuw een experiment uit omde studie van kernen die zich in de dichtstbijzijnde ruimte bevinden. Deze metingen werden uitgevoerd met behulp van proportionele kamers en nucleaire fotografische emulsies. Ze werden uitgevoerd op satellieten van de Kosmos-serie. Wetenschappers hebben de aanwezigheid van stromen N-, O- en Ne-kernen gedetecteerd in een gebied in de ruimte waarin de baan van een kunstmatige satelliet (een helling van 52 °, een hoogte van ongeveer 400-500 km) de Braziliaanse anomalie kruiste.
Zoals de analyse aantoonde, waren deze kernen, waarvan de energie enkele tientallen MeV/nucleonen bereikte, niet van galactische, albedo- of zonne-oorsprong, omdat ze met dergelijke energie niet diep in de magnetosfeer van onze planeet konden doordringen. Dus ontdekten wetenschappers de afwijkende component van kosmische straling, opgevangen door het magnetische veld.
Laag-energetische atomen in interstellaire materie kunnen de heliosfeer binnendringen. Dan ioniseert de ultraviolette straling van de zon ze een of twee keer. De resulterende geladen deeltjes worden versneld door de fronten van de zonnewind en bereiken enkele tientallen MeV/nucleonen. Vervolgens gaan ze de magnetosfeer binnen, waar ze worden opgevangen en volledig geïoniseerd.
Quasistationaire gordel van protonen en elektronen
Op 22 maart 1991 vond er een krachtige uitbarsting plaats op de zon, die gepaard ging met het uitwerpen van een enorme massa zonnematerie. Het bereikte de magnetosfeer op 24 maart en veranderde van buitengebied. Deeltjes van de zonnewind, die veel energie hadden, barsten de magnetosfeer binnen. Ze bereikten het gebied waar CRESS, de Amerikaanse satelliet, zich toen bevond. erop geïnstalleerdinstrumenten registreerden een sterke toename van protonen, waarvan de energie varieerde van 20 tot 110 MeV, evenals krachtige elektronen (ongeveer 15 MeV). Dit duidde op de opkomst van een nieuwe riem. Eerst werd de quasi-stationaire gordel waargenomen op een aantal ruimtevaartuigen. Alleen in het Mir-station werd het echter gedurende zijn hele levensduur bestudeerd, dat is ongeveer twee jaar.
Trouwens, in de jaren 60 van de vorige eeuw, als gevolg van het feit dat nucleaire apparaten in de ruimte explodeerden, verscheen er een quasi-stationaire gordel, bestaande uit elektronen met lage energieën. Het duurde ongeveer 10 jaar. De radioactieve fragmenten van splijting vervielen, wat de bron was van geladen deeltjes.
Is er een RPG op de maan
De satelliet van onze planeet mist de Van Allen-stralingsgordel. Bovendien heeft het geen beschermende atmosfeer. Het oppervlak van de maan wordt blootgesteld aan zonnewinden. Een sterke zonnevlam zou, als het tijdens een maanexpeditie zou gebeuren, zowel de astronauten als de capsules verbranden, omdat er een enorme stroom straling zou vrijkomen, wat dodelijk is.
Is het mogelijk om jezelf te beschermen tegen kosmische straling
Deze vraag is al vele jaren interessant voor wetenschappers. In kleine doses heeft straling, zoals u weet, vrijwel geen effect op onze gezondheid. Het is echter alleen veilig als het een bepaalde drempel niet overschrijdt. Weet jij wat het stralingsniveau is buiten de Van Allengordel, op het oppervlak van onze planeet? Gewoonlijk is het geh alte aan radon- en thoriumdeeltjes niet hoger dan 100 Bq per 1 m3. Binnen in de RPZdeze cijfers zijn veel hoger.
Natuurlijk zijn de stralingsgordels van Van Allenland erg gevaarlijk voor de mens. Hun effect op het lichaam is door veel onderzoekers bestudeerd. Sovjetwetenschappers vertelden in 1963 Bernard Lovell, een bekende Britse astronoom, dat ze geen manier wisten om een persoon te beschermen tegen blootstelling aan straling in de ruimte. Dit betekende dat zelfs de dikwandige granaten van Sovjet-apparaten het niet aankonden. Hoe beschermde het dunste metaal dat in Amerikaanse capsules wordt gebruikt, bijna als folie, de astronauten?
Volgens NASA stuurde het alleen astronauten naar de maan als er geen fakkels werden verwacht, wat de organisatie kan voorspellen. Hierdoor kon het stralingsgevaar tot een minimum worden beperkt. Andere experts beweren echter dat men de datum van grote emissies slechts ruwweg kan voorspellen.
De Van Allen-gordel en de vlucht naar de maan
Leonov, een Sovjet-kosmonaut, ging niettemin in 1966 de ruimte in. Hij droeg echter een superzwaar loodpak. En na 3 jaar sprongen astronauten uit de Verenigde Staten op het maanoppervlak, en uiteraard niet in zware ruimtepakken. Misschien zijn NASA-specialisten er in de loop der jaren in geslaagd een ultralicht materiaal te ontdekken dat astronauten op betrouwbare wijze tegen straling beschermt? De vlucht naar de maan roept nog veel vragen op. Een van de belangrijkste argumenten van degenen die geloven dat de Amerikanen er niet op zijn geland, is het bestaan van stralingsgordels.
