Радиационният пояс на Ван Алън

Земята радиация колани (РПГ), пояс на Ван Алън, или - област на пространство-близкото около планетата, като формата на пръстени, които са гигантски потоци от електрони и протони. Земята ги задържа чрез диполно магнитно поле.

откритие

РПГ е открит през 1957-58. учени от САЩ и СССР. "Explorer-1" (на снимката по-долу), първият американски космически сателит, стартиран през 1958 г., предостави много важни данни. Благодарение на бордовия експеримент, проведен от американците на повърхността на Земята (на надморска височина от около 1000 км), беше намерен радиационен пояс (вътрешен). По-късно, на надморска височина от около 20 000 км, е открита втора такава зона. Няма ясна граница между вътрешните и външните колани - първият постепенно преминава във втория. Тези две зони на радиоактивност се различават в степента на зареждане на частиците и техния състав.

Тези зони станаха известни като поясите на Ван Алън. Джеймс Ван Алън е физик, чийто експеримент е помогнал да ги открием. Учените са открили, че тези колани се състоят от слънчев вятър и заредени частици от космически лъчи, които са привлечени от Земята с магнитното си поле. Всеки от тях образува торус около нашата планета (фигура, която прилича на поничка във форма).

Оттогава в космоса се провеждат много експерименти. Те дават възможност да се разгледат основните характеристики и свойства на RPG. Не само нашата планета има радиационни ремъци. Те се срещат и в други небесни тела, които имат атмосфера и магнитно поле. Радиационният пояс на Ван Алън беше открит благодарение на междупланетарните кораби на САЩ от Марс. В допълнение, американците го открили в Сатурн и Юпитер.

Диполно магнитно поле

Нашата планета има не само пояса на Ван Алън, но и диполно магнитно поле. Това е набор от магнитни черупки, вградени един в друг. Структурата на това поле прилича на зеле главата или лук. Магнитната обвивка може да се представи като тъкана повърхност, изтъкана от силови магнитни линии. Колкото по-близо е черупката до центъра на дипола, толкова по-голяма е интензивността на магнитното поле. В допълнение, инерцията, която се изисква за заредените частици да проникнат отвън, също се увеличава.

По този начин, N-та черупка има инерция на частиците P_п. В случай, когато началната импулсност на дадена частица не надвишава P_п, тя отразява магнитното поле. След това частицата се връща в космоса. Също така се случва, че е в N-тата черупка. В този случай тя вече не може да го напусне. Уловената частица ще бъде хваната, докато не се разсее, или ще се сблъска с остатъчната атмосфера и няма да загуби енергия.

В магнитно поле на нашата планета, същата черупка се намира на различни разстояния от земната повърхност на различни дължини. Това се дължи на несъответствието на оста на магнитното поле с оста на въртене на планетата. Този ефект е най-забележим по отношение на бразилската магнитна аномалия. В този район магнитните линии на сила се спускат, а задържаните частици, движещи се по тях, могат да бъдат под 100 километра надморска височина и по този начин да загинат в земната атмосфера.

Съставът на RPG

Вътре в радиационния колан разпределението на протоните и електроните не е същото. Първите са във вътрешната си част, а втората - във външната. Поради това на ранен етап от изследването учените смятат, че има външни (електронни) и вътрешни (протонни) радиационни ремъци на Земята. Понастоящем това становище е без значение.

Най-значимият механизъм за генериране на запълващите колани на Ван Алън е разпадането на албедо неутрони. Трябва да се отбележи, че неутроните се създават, когато атмосферата взаимодейства космическото излъчване. Потокът от тези частици, движещи се в посока от нашата планета (албедо неутрони), минава през магнитното поле на Земята безпрепятствено. Те обаче са нестабилни и лесно се разпадат на електрони, протони и електронни антинеутрини. Радиоактивните албедови ядра, които имат висока енергия, се разпадат в зоната на улавяне. Ето как коланът на Ван Алън се запълва с позитрони и електрони.

RPG и магнитни бури

Кога започва силната работа магнитни бури, тези частици не само се ускоряват, те напускат радиоактивния колан на Ван Алън и заспиват от него. Въпросът е, че ако се промени конфигурацията на магнитното поле, огледалните точки могат да бъдат потопени в атмосферата. В този случай частиците губят енергия (загуби от йонизация, разсейване) променят ъглите на наклона и след това умират, достигайки горните слоеве на магнитосферата.

RPG и Aurora borealis

Радиационният пояс на Ван Алън е заобиколен от плазмен слой, който е потопен в потоци от протони (йони) и електрони. Една от причините за такъв феномен като северното (полярно) излъчване е, че частиците излизат от плазмения слой, а също и частично от външния RPG. Северните светлини са излъчването на атмосферни атоми, които се вълнуват в резултат на сблъсък с частици, които са излязоли от колана.

Проучването за RPG

Почти всички основни резултати от проучвания на такива образувания като радиационни колани са получени през 60-те и 70-те години. Използвани последните наблюдения орбитални станции, междупланетарните кораби и най-новото научно оборудване позволиха на учените да извлекат много важна нова информация. Коланите на Ван Алън около Земята продължават да бъдат изучавани в нашето време. Накратко, ще говорим за най-важните постижения в тази област.

Данните, получени от "Salyut-6"

Изследователи от MEPhI в началото на 80-те години на миналия век изследват потока от електрони с високо ниво на енергия в непосредствена близост до нашата планета. За да направите това, те са използвали оборудването, което е било на орбиталната станция Salyut-6. Това позволява на учените ефективно да изолират потока от позитрони и електрони, чиято енергия надвишава 40 MeV. Орбитата на станцията (наклон 52 °, надморска височина около 350-400 км) преминава предимно под радиационния пояс на нашата планета. Все пак тя все още докосва вътрешната си част от бразилската магнитна аномалия. На пресечната точка на този регион са открити стационарни потоци, състоящи се от високоенергийни електрони. В RPG преди този експеримент са регистрирани само електрони, чиято енергия не надвишава 5 MeV.

Данните за изкуствените спътници на "Метеор-3"

Изследователи от MEPhI извършиха по-нататъшни измервания на изкуствени сателити от нашата планета "Meteor-3", при които височината на кръговите орбити беше 800 и 1200 км. Този път устройството беше въведено в RPG много дълбоко. Той потвърди резултатите, получени по-рано в станцията Salyut-6. Тогава изследователите получиха друг важен резултат, използвайки магнитни спектрометри, монтирани на станциите Mir и Salyut-7. Доказано е, че преди това откритият стабилен пояс се състои изключително от електрони (без позитрони), чиято енергия е много висока (до 200 MeV).

Откриването на стационарния пояс на ядрата CNO

Група изследователи от Института по ядрена физика на Московския държавен университет проведе експеримент в края на 80-те и началото на 90-те години на миналия век, насочен към изучаване на ядра, намиращи се в най-близкото космическо пространство. Тези измервания са проведени с помощта на пропорционални камери и ядрени фотоемулсии. Те бяха извършени на спътника на серията Космос. Учените са открили наличието на ядра N, O и Ne в космическото пространство, в които орбитата на изкуствен спътник (наклон 52 °, надморска височина около 400-500 km) пресича бразилската аномалия.

Анализът показва, че тези ядра, енергията достига няколко десетки MeV / нуклон не са галактическите, албедо или слънчев произход, тъй като те не могат да с толкова много енергия, за да проникнат дълбоко в магнитосферата на нашата планета. Така че учените открили аномален компонент на космическите лъчи, уловени в магнитно поле.

Нискоенергийните атоми в междузвездната материя могат да проникнат в хелиосферата. Тогава ултравиолетовото излъчване на Слънцето ги йонизира веднъж или два пъти. Получените заредени частици се ускоряват на фронтовете на слънчевия вятър, достигайки няколко десетки MeV / нуклеон. След това те проникват в магнитосферата, в която са заловени и напълно йонизирани.

Квазистационарен пояс на протони и електрони

На Слънцето на 22 март 1991 г. се случи мощна светкавица, придружена от изхвърлянето на огромна маса от слънчева материя. Той стигна до магнитосферата до 24 март и промени външната си площ. Частиците от слънчевия вятър, които имаха голяма енергия, се пръснаха в магнитосферата. Те стигнаха до района, където се намираше КРЕС, американски сателит. Инсталирани са, устройствата записват рязко увеличение на протоните, чиято енергия е от 20 до 110 MeV, както и мощни електрони (около 15 MeV). Това показва появата на нов колан. Първо, на няколко космически кораби е наблюдаван квази-стационарен пояс. Въпреки това, само в станция "Мир" е проучена през целия живот, което е около две години.

Между другото, през 60-те години на миналия век, в резултат на експлозията на ядрени устройства в космоса, се появи квази-стационарен пояс, състоящ се от електрони с малки енергии. Той продължи около 10 години. Фрагментите от радиоактивно делене се разпадат, което е източник на заредени частици.

Има ли RPG на Луната

Сателитът на нашата планета няма радиационен пояс на Ван Алън. Освен това той няма защитна атмосфера. Повърхността на луната е отворена за слънчевите ветрове. силен слънчева светлина, ако настъпи по време на лунната експедиция, ще изгори както астронавтите, така и капсулата, тъй като ще има изхвърляне на колосалния радиационен поток, който е смъртоносен.

Възможно ли е да се предпазим от космическото излъчване

Този въпрос е от интерес за учените в продължение на много години. В малки дози лъчението, както е известно, практически не оказва влияние върху състоянието на нашето здраве. Това обаче е безопасно само когато не надвишава определен праг. Знаеш ли колко радиация извън пояса на Ван Алън е на повърхността на нашата планета? Обикновено съдържанието на радон и торий частици не надвишава 100 Bq на 1 m³. Във RPG тези показатели са много по-високи.

Разбира се, радиационните пояси на Земята на Ван Алън са много опасни за хората. Тяхното въздействие върху организма е проучено от много изследователи. Съветските учени през 1963 г. разказват на Бърнард Лоуъл, известен британски астроном, че не знаят как да предпазват човека от въздействието на радиацията в космоса. Това означава, че дори дебелите черупки на съветските апарати не могат да се справят с това. Как се използва тънкият метал в капсулите на американците, почти като фолио, които могат да защитят астронавтите?

Според уверенията на НАСА той изпраща астронавти на Луната само когато не се очаква, че епидемиите, които организацията е в състояние да предскажат. Това е, което направи възможно да се сведе до минимум радиационната опасност. Други специалисти обаче твърдят, че едва може да се предскаже датата на големите емисии.

Коланът на Ван Алън и полетът до луната

Леонов, съветски космонавт, през 1966 г. все още отива в открито пространство. Той обаче беше облечен в допълнителен тежък оловен костюм. И след три години астронавтите от САЩ скочиха на лунната повърхност и очевидно не в тежки костюми. Може би експерти от НАСА през годините успяха да намерят ултра лек материал, който надеждно защитава астронавтите от радиация? Полет до Луната все още повдига много въпроси. Един от основните аргументи на онези, които смятат, че американците не са се приземили върху него, е съществуването на радиационни пояси.