Zemeljski radiacijski pas (ERB) ali Van Allenov pas je območje najbližjega vesolja blizu našega planeta, ki je videti kot obroč, v katerem so velikanski tokovi elektronov in protonov. Zemlja jih drži z dipolnim magnetnim poljem.
Odprtje
RPZ je bil odkrit v letih 1957-58. znanstveniki iz ZDA in ZSSR. Explorer 1 (na sliki spodaj), prvi ameriški vesoljski satelit, izstreljen leta 1958, je zagotovil zelo pomembne podatke. Zahvaljujoč poskusu na krovu, ki so ga izvedli Američani nad zemeljskim površjem (na višini približno 1000 km), je bil odkrit sevalni pas (notranji). Kasneje je bilo na višini okoli 20.000 km odkrito drugo takšno območje. Med notranjim in zunanjim pasom ni jasne meje - prvi postopoma prehaja v drugega. Ti dve coni radioaktivnosti se razlikujeta po stopnji naboja delcev in njihovi sestavi.
Ta področja so postala znana kot Van Allenovi pasovi. James Van Allen je fizik, ki jim je pomagal eksperimentodkriti. Znanstveniki so ugotovili, da so ti pasovi sestavljeni iz sončnega vetra in nabitih delcev kozmičnih žarkov, ki jih na Zemljo privlači njeno magnetno polje. Vsak od njih tvori torus okoli našega planeta (oblika, ki spominja na krof).
Od takrat je bilo v vesolju izvedenih veliko eksperimentov. Omogočili so preučevanje glavnih značilnosti in lastnosti RPZ. Ne samo naš planet ima sevalne pasove. Najdemo jih tudi v drugih nebesnih telesih, ki imajo atmosfero in magnetno polje. Van Allenov sevalni pas je bil odkrit po zaslugi ameriškega medplanetarnega vesoljskega plovila blizu Marsa. Poleg tega so ga Američani našli blizu Saturna in Jupitra.
Dipolno magnetno polje
Naš planet nima samo Van Allenovega pasu, ampak tudi dipolno magnetno polje. To je niz magnetnih lupin, ugnezdenih ena v drugo. Struktura tega polja spominja na glavo zelja ali čebulo. Magnetno lupino si lahko predstavljamo kot zaprto površino, stkano iz magnetnih silnih linij. Bližje kot je lupina središču dipola, večja postane jakost magnetnega polja. Poleg tega se poveča tudi zagon, ki je potreben, da nabiti delec prodre vanj od zunaj.
Torej, N-ta lupina ima zagon delcev P . V primeru, ko začetni moment delca ne presega P , se odbije od magnetnega polja. Delec se nato vrne v vesolje. Vendar se zgodi tudi, da konča na N-ti lupini. V tem primerune more ga več zapustiti. Ujeti delec bo ujet, dokler se ne razprši ali ne trči v preostalo atmosfero in izgubi energijo.
V magnetnem polju našega planeta se ista lupina nahaja na različnih razdaljah od zemeljske površine na različnih zemljepisnih dolžinah. To je posledica neusklajenosti med osjo magnetnega polja in osjo vrtenja planeta. Ta učinek je najbolje viden pri brazilski magnetni anomaliji. Na tem območju se magnetne silne črte spuščajo in ujeti delci, ki se premikajo vzdolž njih, so lahko pod 100 km višine, kar pomeni, da bodo umrli v zemeljskem ozračju.
Skladba RPG
Znotraj sevalnega pasu porazdelitev protonov in elektronov ni enaka. Prvi so v njegovem notranjem delu, drugi pa v zunanjem. Zato so znanstveniki v zgodnji fazi študije verjeli, da obstajajo zunanji (elektronski) in notranji (protonski) sevalni pasovi Zemlje. Trenutno to mnenje ni več relevantno.
Najpomembnejši mehanizem za nastanek delcev, ki polnijo Van Allenov pas, je razpad albedo nevtronov. Treba je opozoriti, da nevtroni nastanejo, ko atmosfera interagira s kozmičnim sevanjem. Tok teh delcev, ki se gibljejo v smeri od našega planeta (albedo nevtroni), neovirano prehaja skozi zemeljsko magnetno polje. Vendar pa so nestabilni in zlahka razpadejo na elektrone, protone in elektronske antinevtrine. Radioaktivna albedo jedra, ki imajo visoko energijo, razpadejo znotraj območja zajemanja. Tako se Van Allenov pas napolni s pozitroni in elektroni.
ERP in magnetne nevihte
Ko se začnejo močne magnetne nevihte, se ti delci ne samo pospešijo, temveč zapustijo Van Allenov radioaktivni pas in se iz njega razlijejo. Dejstvo je, da če se konfiguracija magnetnega polja spremeni, se zrcalne točke lahko potopijo v ozračje. V tem primeru delci z izgubljanjem energije (ionizacijske izgube, razprševanje) spremenijo svoje nagibne kote in nato propadejo, ko dosežejo zgornje plasti magnetosfere.
RPZ in severni sij
Van Allenov sevalni pas je obdan s plazemsko plastjo, ki je ujet tok protonov (ionov) in elektronov. Eden od razlogov za tak pojav, kot je severni (polarni) sij, je, da delci izpadajo iz plazemske plasti in deloma tudi iz zunanjega ERP. Aurora borealis je emisija atmosferskih atomov, ki se vzbujajo zaradi trka z delci, ki so padli iz pasu.
RPZ Research
Skoraj vsi temeljni rezultati študij takšnih formacij, kot so radiacijski pasovi, so bili pridobljeni okoli šestdesetih in sedemdesetih let prejšnjega stoletja. Nedavna opazovanja z uporabo orbitalnih postaj, medplanetarnih vesoljskih plovil in najnovejše znanstvene opreme so znanstvenikom omogočila pridobitev zelo pomembnih novih informacij. Van Allenove pasove okoli Zemlje še naprej preučujemo v našem času. Na kratko se pogovorimo o najpomembnejših dosežkih na tem področju.
Podatki, prejeti od Salyut-6
Raziskovalci z MEPhI v zgodnjih 80. letih prejšnjega stoletjaraziskoval tokove elektronov z visoko stopnjo energije v neposredni bližini našega planeta. Za to so uporabili opremo, ki je bila na orbitalni postaji Salyut-6. Znanstvenikom je omogočila zelo učinkovito izolacijo tokov pozitronov in elektronov, katerih energija presega 40 MeV. Orbita postaje (naklon 52°, višina približno 350-400 km) je potekala predvsem pod sevalnim pasom našega planeta. Vendar se je še vedno dotaknil svojega notranjega dela pri brazilski magnetni anomaliji. Pri prečkanju te regije so bili najdeni stacionarni tokovi, sestavljeni iz visokoenergijskih elektronov. Pred tem poskusom so bili v ERP zabeleženi samo elektroni, katerih energija ni presegla 5 MeV.
Podatki iz umetnih satelitov serije "Meteor-3"
Raziskovalci MEPhI so izvedli nadaljnje meritve na umetnih satelitih našega planeta serije Meteor-3, pri katerih je bila višina krožnih orbit 800 in 1200 km. Tokratna naprava je zelo globoko prodrla v RPZ. Potrdil je rezultate, ki so bili prej pridobljeni na postaji Salyut-6. Nato so raziskovalci dobili še en pomemben rezultat z uporabo magnetnih spektrometrov, nameščenih na postajah Mir in Salyut-7. Dokazano je bilo, da je prej odkrit stabilni pas sestavljen izključno iz elektronov (brez pozitronov), katerih energija je zelo visoka (do 200 MeV).
Odkritje mirujočega pasu jeder CNO
Skupina raziskovalcev iz SNNP MSU je v poznih 80. in zgodnjih 90. letih prejšnjega stoletja izvedla poskus, katerega cilj je bilpreučevanje jeder, ki se nahajajo v najbližjem vesolju. Te meritve so bile izvedene z uporabo proporcionalnih komor in jedrskih fotografskih emulzij. Izvedeni so bili na satelitih serije Kosmos. Znanstveniki so odkrili prisotnost tokov jeder N, O in Ne v območju vesolja, v katerem je orbita umetnega satelita (naklon 52 °, višina približno 400-500 km) prečkala brazilsko anomalijo.
Kot je pokazala analiza, ta jedra, katerih energija je dosegla nekaj deset MeV/nukleon, niso bila galaktičnega, albedo ali sončnega izvora, saj s takšno energijo ne bi mogla prodreti globoko v magnetosfero našega planeta. Tako so znanstveniki odkrili anomalno komponento kozmičnih žarkov, ki jih je zajelo magnetno polje.
Nizkoenergijski atomi v medzvezdni snovi lahko prodrejo v heliosfero. Nato jih ultravijolično sevanje Sonca ionizira enkrat ali dvakrat. Nastale nabite delce pospešujejo fronte sončnega vetra in dosežejo nekaj deset MeV/nukleon. Nato vstopijo v magnetosfero, kjer se ujamejo in popolnoma ionizirajo.
Kvazistacionarni pas protonov in elektronov
22. marca 1991 se je na Soncu zgodil močan izbruh, ki ga je spremljal izmet ogromne mase sončne snovi. Do 24. marca je dosegel magnetosfero in spremenil svoje zunanje območje. Delci sončnega vetra, ki so imeli visoko energijo, so vdrli v magnetosfero. Dosegli so območje, kjer se je takrat nahajal ameriški satelit CRESS. nameščen na njeminstrumenti so zabeležili močno povečanje protonov, katerih energija se je gibala od 20 do 110 MeV, pa tudi močnih elektronov (približno 15 MeV). To je kazalo na nastanek novega pasu. Prvič, kvazistacionarni pas so opazili na številnih vesoljskih plovilih. Samo na postaji Mir so jo preučevali v celotnem življenjskem obdobju, kar je približno dve leti.
Mimogrede, v 60. letih prejšnjega stoletja se je zaradi dejstva, da so jedrske naprave eksplodirale v vesolju, pojavil kvazistacionarni pas, sestavljen iz elektronov z nizko energijo. Trajalo je približno 10 let. Radioaktivni delci cepitve so razpadli, kar je bil vir nabitih delcev.
Ali obstaja RPG na Luni
Satelitu našega planeta manjka Van Allenov sevalni pas. Poleg tega nima zaščitne atmosfere. Površje lune je izpostavljeno sončnim vetrom. Močan sončni izbruh, če bi se zgodil med lunino ekspedicijo, bi sežgal tako astronavte kot kapsule, saj bi se sprostil ogromen tok sevanja, kar je smrtonosno.
Ali se je mogoče zaščititi pred kozmičnim sevanjem
To vprašanje že vrsto let zanima znanstvenike. V majhnih odmerkih sevanje, kot veste, praktično ne vpliva na naše zdravje. Vendar je varna le, če ne preseže določenega praga. Ali veste, kakšna je raven sevanja zunaj Van Allenovega pasu, na površini našega planeta? Običajno vsebnost radona in torijevih delcev ne presega 100 Bq na 1 m3. Znotraj RPZte številke so veliko višje.
Seveda so sevalni pasovi Van Allenove dežele zelo nevarni za ljudi. Njihov učinek na telo so preučevali številni raziskovalci. Sovjetski znanstveniki so leta 1963 Bernardu Lovellu, znanemu britanskemu astronomu, povedali, da ne poznajo sredstev za zaščito človeka pred izpostavljenostjo sevanju v vesolju. To je pomenilo, da se niti debele stene sovjetskih aparatov niso mogle spopasti s tem. Kako je najtanjša kovina, uporabljena v ameriških kapsulah, skoraj kot folija, zaščitila astronavte?
Po podatkih Nase je astronavte poslala na Luno le takrat, ko ni bilo pričakovati izbruhov, kar je organizacija sposobna napovedati. To je omogočilo, da se nevarnost sevanja zmanjša na minimum. Drugi strokovnjaki pa trdijo, da je mogoče le približno napovedati datum velikih emisij.
Van Allenov pas in let na luno
Leonov, sovjetski kozmonavt, je kljub temu leta 1966 odšel v vesolje. Vendar je bil oblečen v super težko svinčeno obleko. In po 3 letih so astronavti iz Združenih držav skakali po lunini površini in očitno ne v težkih skafanderih. Morda so strokovnjaki Nase z leti uspeli odkriti ultra lahek material, ki zanesljivo ščiti astronavte pred sevanjem? Polet na Luno še vedno poraja veliko vprašanj. Eden od glavnih argumentov tistih, ki verjamejo, da Američani niso pristali na njem, je obstoj sevalnih pasov.
