Der Strahlungsgürtel der Erde (ERB) oder der Van-Allen-Gürtel ist die Region des nächstgelegenen Weltraums in der Nähe unseres Planeten, die wie ein Ring aussieht, in dem es riesige Ströme von Elektronen und Protonen gibt. Die Erde hält sie mit einem Dipol-Magnetfeld.
Eröffnung
RPZ wurde 1957-58 entdeckt. Wissenschaftler aus den Vereinigten Staaten und der UdSSR. Explorer 1 (Bild unten), der erste US-Weltraumsatellit, der 1958 gestartet wurde, hat sehr wichtige Daten geliefert. Dank eines von den Amerikanern an Bord durchgeführten Experiments über der Erdoberfläche (in einer Höhe von etwa 1000 km) wurde ein Strahlungsgürtel (intern) gefunden. Später wurde in einer Höhe von etwa 20.000 km eine zweite solche Zone entdeckt. Es gibt keine klare Grenze zwischen dem inneren und dem äußeren Gürtel - der erste geht allmählich in den zweiten über. Diese beiden Radioaktivitätszonen unterscheiden sich im Ladungsgrad der Teilchen und ihrer Zusammensetzung.
Diese Gebiete wurden als Van-Allen-Gürtel bekannt. James Van Allen ist ein Physiker, dessen Experiment ihnen geholfen hatentdecken. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass diese Gürtel aus dem Sonnenwind und geladenen Teilchen kosmischer Strahlung bestehen, die von der Erde durch ihr Magnetfeld angezogen werden. Jeder von ihnen bildet einen Torus um unseren Planeten (eine Form, die einem Donut ähnelt).
Seit dieser Zeit wurden viele Experimente im Weltraum durchgeführt. Sie ermöglichten die Untersuchung der Hauptmerkmale und Eigenschaften des RPZ. Nicht nur unser Planet hat Strahlungsgürtel. Sie kommen auch in anderen Himmelskörpern vor, die eine Atmosphäre und ein Magnetfeld haben. Der Van-Allen-Strahlungsgürtel wurde dank eines interplanetaren US-Raumfahrzeugs in der Nähe des Mars entdeckt. Außerdem fanden die Amerikaner es in der Nähe von Saturn und Jupiter.
Dipol-Magnetfeld
Unser Planet hat nicht nur den Van-Allen-Gürtel, sondern auch ein Dipol-Magnetfeld. Es ist ein Satz magnetischer Schalen, die ineinander verschachtelt sind. Die Struktur dieses Feldes ähnelt einem Kohlkopf oder einer Zwiebel. Die magnetische Hülle kann man sich als geschlossene Fläche vorstellen, die aus magnetischen Kraftlinien gewebt ist. Je näher die Schale am Zentrum des Dipols liegt, desto größer wird die magnetische Feldstärke. Außerdem erhöht sich auch der Impuls, den ein geladenes Teilchen benötigt, um es von außen zu durchdringen.
Die N-te Schale hat also den Teilchenimpuls P . Falls der Anfangsimpuls des Teilchens P nicht überschreitet, wird es vom Magnetfeld reflektiert. Das Teilchen kehrt dann in den Weltraum zurück. Es kommt jedoch auch vor, dass es auf der N-ten Schale landet. In diesem Fallsie kann es nicht mehr lassen. Das eingefangene Teilchen wird eingefangen, bis es sich auflöst oder mit der Restatmosphäre kollidiert und Energie verliert.
Im Magnetfeld unseres Planeten befindet sich dieselbe Hülle in verschiedenen Längengraden in unterschiedlichen Abständen von der Erdoberfläche. Dies liegt an der Fehlanpassung zwischen der Achse des Magnetfelds und der Rotationsachse des Planeten. Dieser Effekt ist am besten über der brasilianischen magnetischen Anomalie zu sehen. In diesem Bereich steigen magnetische Kraftlinien ab, und eingeschlossene Partikel, die sich entlang dieser bewegen, können eine Höhe von weniger als 100 km erreichen, was bedeutet, dass sie in der Erdatmosphäre sterben werden.
RPG-Komposition
Innerhalb des Strahlungsgürtels ist die Verteilung von Protonen und Elektronen nicht gleich. Die ersten befinden sich im inneren Teil und die zweiten im äußeren. Daher glaubten die Wissenschaftler in einem frühen Stadium der Studie, dass es äußere (elektronische) und innere (Protonen-) Strahlungsgürtel der Erde gibt. Derzeit ist diese Meinung nicht mehr relevant.
Der bedeutendste Mechanismus für die Erzeugung von Partikeln, die den Van-Allen-Gürtel füllen, ist der Zerfall von Albedo-Neutronen. Es sei darauf hingewiesen, dass Neutronen entstehen, wenn die Atmosphäre mit kosmischer Strahlung interagiert. Der Strom dieser Teilchen, die sich in Richtung unseres Planeten bewegen (Albedo-Neutronen), passiert ungehindert das Magnetfeld der Erde. Sie sind jedoch instabil und zerfallen leicht in Elektronen, Protonen und Elektron-Antineutrinos. Radioaktive Albedo-Kerne, die eine hohe Energie haben, zerfallen innerhalb der Einfangzone. So wird der Van-Allen-Gürtel mit Positronen und Elektronen aufgefüllt.
ERP und magnetische Stürme
Wenn starke magnetische Stürme beginnen, beschleunigen diese Partikel nicht nur, sie verlassen den radioaktiven Van-Allen-Gürtel und strömen aus ihm heraus. Tatsache ist, dass, wenn sich die Konfiguration des Magnetfelds ändert, die Spiegelpunkte in die Atmosphäre eintauchen können. In diesem Fall ändern die Teilchen unter Energieverlust (Ionisationsverluste, Streuung) ihre Steigungswinkel und gehen dann zugrunde, wenn sie die oberen Schichten der Magnetosphäre erreichen.
RPZ und Nordlichter
Der Van-Allen-Strahlungsgürtel ist von einer Plasmaschicht umgeben, die ein eingefangener Strom von Protonen (Ionen) und Elektronen ist. Einer der Gründe für ein solches Phänomen wie das Nordlicht (Polarlicht) ist, dass die Teilchen aus der Plasmaschicht und teilweise auch aus dem äußeren ERP herausfallen. Die Aurora Borealis ist die Emission atmosphärischer Atome, die durch Kollision mit aus dem Gürtel gefallenen Teilchen angeregt werden.
RPZ-Forschung
Fast alle grundlegenden Ergebnisse von Studien über solche Formationen wie Strahlungsgürtel wurden um die 1960er und 70er Jahre erzielt. Jüngste Beobachtungen mit Orbitalstationen, interplanetaren Raumfahrzeugen und der neuesten wissenschaftlichen Ausrüstung haben es Wissenschaftlern ermöglicht, sehr wichtige neue Informationen zu erh alten. Die Van-Allen-Gürtel um die Erde werden auch heute noch untersucht. Lassen Sie uns kurz auf die wichtigsten Errungenschaften in diesem Bereich eingehen.
Daten von Saljut-6 empfangen
Forscher von MEPhI in den frühen 80er Jahren des letzten Jahrhundertsuntersuchten die Flüsse von Elektronen mit hoher Energie in unmittelbarer Nähe unseres Planeten. Dazu verwendeten sie die Ausrüstung, die sich auf der Orbitalstation Saljut-6 befand. Es ermöglichte den Wissenschaftlern, die Flüsse von Positronen und Elektronen, deren Energie 40 MeV übersteigt, sehr effektiv zu isolieren. Die Umlaufbahn der Station (Neigung 52°, Höhe ca. 350-400 km) verlief hauptsächlich unterhalb des Strahlungsgürtels unseres Planeten. Es berührte jedoch immer noch seinen inneren Teil bei der brasilianischen magnetischen Anomalie. Beim Durchqueren dieser Region wurden stationäre Ströme aus hochenergetischen Elektronen gefunden. Vor diesem Experiment wurden im ERP nur Elektronen aufgezeichnet, deren Energie 5 MeV nicht überstieg.
Daten von künstlichen Satelliten der "Meteor-3"-Serie
Forscher von MEPhI führten weitere Messungen an künstlichen Satelliten unseres Planeten der Meteor-3-Serie durch, bei denen die Höhe der Kreisbahnen 800 und 1200 km betrug. Diesmal ist das Gerät sehr tief in die RPZ eingedrungen. Er bestätigte die Ergebnisse, die zuvor an der Station Saljut-6 erh alten wurden. Dann erzielten die Forscher ein weiteres wichtiges Ergebnis, indem sie die an den Stationen Mir und Saljut-7 installierten Magnetspektrometer verwendeten. Es wurde bewiesen, dass der zuvor entdeckte stabile Gürtel ausschließlich aus Elektronen (ohne Positronen) besteht, deren Energie sehr hoch ist (bis zu 200 MeV).
Entdeckung des stationären Gürtels von CNO-Kernen
Eine Gruppe von Forschern der SNNP MSU führte Ende der 80er und Anfang der 90er Jahre des letzten Jahrhunderts ein Experiment durch, das darauf abzieltedie Untersuchung von Kernen, die sich im nächstgelegenen Weltraum befinden. Diese Messungen wurden unter Verwendung von Proportionalkammern und nuklearfotografischen Emulsionen durchgeführt. Sie wurden auf Satelliten der Kosmos-Serie durchgeführt. Wissenschaftler haben das Vorhandensein von Strömen von N-, O- und Ne-Kernen in einer Region des Weltraums entdeckt, in der die Umlaufbahn eines künstlichen Satelliten (mit einer Neigung von 52 °, einer Höhe von etwa 400-500 km) die brasilianische Anomalie überquerte.
Wie die Analyse zeigte, waren diese Kerne, deren Energie mehrere zehn MeV/Nukleon erreichte, nicht galaktischen, albedo- oder solaren Ursprungs, da sie mit dieser Energie nicht tief in die Magnetosphäre unseres Planeten eindringen konnten. Also entdeckten Wissenschaftler die anomale Komponente der kosmischen Strahlung, die vom Magnetfeld eingefangen wurde.
Niedrigergetische Atome in interstellarer Materie können die Heliosphäre durchdringen. Dann ionisiert die ultraviolette Strahlung der Sonne sie ein- oder zweimal. Die resultierenden geladenen Teilchen werden durch die Sonnenwindfronten beschleunigt und erreichen mehrere zehn MeV/Nukleon. Sie treten dann in die Magnetosphäre ein, wo sie eingefangen und vollständig ionisiert werden.
Quasistationärer Gürtel aus Protonen und Elektronen
Am 22. März 1991 ereignete sich auf der Sonne eine starke Eruption, die vom Auswurf einer riesigen Masse Sonnenmaterie begleitet wurde. Er erreichte die Magnetosphäre am 24. März und veränderte seine äußere Region. Teilchen des Sonnenwinds, die eine hohe Energie hatten, brachen in die Magnetosphäre ein. Sie erreichten das Gebiet, in dem sich damals der amerikanische Satellit CRESS befand. darauf installiertDie Instrumente verzeichneten einen starken Anstieg der Protonen, deren Energie zwischen 20 und 110 MeV lag, sowie der starken Elektronen (etwa 15 MeV). Dies deutete auf die Entstehung eines neuen Gürtels hin. Zunächst wurde der quasi-stationäre Gürtel an einer Reihe von Raumfahrzeugen beobachtet. Allerdings wurde es nur an der Mir-Station während seiner gesamten Lebensdauer untersucht, die etwa zwei Jahre beträgt.
Übrigens erschien in den 60er Jahren des letzten Jahrhunderts infolge der Explosion von Nukleargeräten im Weltraum ein quasistationärer Gürtel, der aus Elektronen mit niedrigen Energien bestand. Es dauerte ungefähr 10 Jahre. Die radioaktiven Fragmente der Sp altung zerfielen, was die Quelle geladener Teilchen war.
Gibt es ein Rollenspiel auf dem Mond
Dem Satelliten unseres Planeten fehlt der Van-Allen-Strahlungsgürtel. Außerdem hat es keine Schutzatmosphäre. Die Oberfläche des Mondes ist den Sonnenwinden ausgesetzt. Eine starke Sonneneruption, wenn sie während einer Mondexpedition auftritt, würde sowohl die Astronauten als auch die Kapseln verbrennen, da ein riesiger Strahlungsstrom freigesetzt würde, der tödlich ist.
Ist es möglich, sich vor Höhenstrahlung zu schützen
Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler seit vielen Jahren. In kleinen Dosen hat Strahlung, wie Sie wissen, praktisch keine Auswirkungen auf unsere Gesundheit. Es ist jedoch nur sicher, wenn es einen bestimmten Schwellenwert nicht überschreitet. Wissen Sie, wie hoch die Strahlung außerhalb des Van-Allen-Gürtels auf der Oberfläche unseres Planeten ist? Üblicherweise übersteigt der Geh alt an Radon- und Thoriumpartikeln 100 Bq pro 1 m3 nicht. Innerhalb des RPZdiese Zahlen sind viel höher.
Natürlich sind die Strahlungsgürtel von Van Allen Land sehr gefährlich für Menschen. Ihre Wirkung auf den Körper wurde von vielen Forschern untersucht. Sowjetische Wissenschaftler sagten 1963 zu Bernard Lovell, einem bekannten britischen Astronomen, dass sie kein Mittel kennen, um eine Person vor Strahlung im Weltraum zu schützen. Damit waren selbst die dickwandigen Hüllen sowjetischer Apparate nicht gewachsen. Wie hat das dünnste Metall, das in amerikanischen Kapseln verwendet wird, fast wie Folie, die Astronauten geschützt?
Laut der NASA schickte sie Astronauten nur dann zum Mond, wenn keine Fackeln zu erwarten waren, was die Organisation vorhersagen kann. Dadurch konnte die Strahlengefährdung auf ein Minimum reduziert werden. Andere Experten argumentieren jedoch, dass man den Zeitpunkt großer Emissionen nur grob vorhersagen kann.
Der Van-Allen-Gürtel und der Flug zum Mond
Leonov, ein sowjetischer Kosmonaut, flog dennoch 1966 ins Weltall. Allerdings trug er einen superschweren Bleianzug. Und nach 3 Jahren sprangen Astronauten aus den Vereinigten Staaten auf die Mondoberfläche und offensichtlich nicht in schweren Raumanzügen. Vielleicht ist es NASA-Spezialisten im Laufe der Jahre gelungen, ein ultraleichtes Material zu entdecken, das Astronauten zuverlässig vor Strahlung schützt? Der Flug zum Mond wirft noch viele Fragen auf. Eines der Hauptargumente derjenigen, die glauben, dass die Amerikaner nicht darauf gelandet sind, ist die Existenz von Strahlungsgürteln.
