A Föld sugárzási öve (ERB) vagy a Van Allen öv a bolygónk közelében lévő legközelebbi világűr azon része, amely úgy néz ki, mint egy gyűrű, amelyben óriási elektron- és protonáramlások vannak. A Föld dipólus mágneses térrel tartja őket.
Nyitás
Az
RPZ-t 1957-58-ban fedezték fel. tudósok az Egyesült Államokból és a Szovjetunióból. Az Explorer 1 (az alábbi képen), az első 1958-ban felbocsátott amerikai űrműhold nagyon fontos adatokkal szolgált. Az amerikaiak által a Föld felszíne felett (kb. 1000 km-es magasságban) végzett fedélzeti kísérletnek köszönhetően (belső) sugárzási övet találtak. Később, körülbelül 20 000 km-es magasságban egy második ilyen zónát fedeztek fel. A belső és a külső övek között nincs egyértelmű határ - az első fokozatosan átmegy a másodikba. Ez a két radioaktivitási zóna különbözik a részecskék töltési fokától és összetételüktől.
Ezek a területek Van Allen övek néven váltak ismertté. James Van Allen fizikus, akinek a kísérlete segített nekikfelfedez. A tudósok azt találták, hogy ezek az övek a napszélből és a kozmikus sugarak töltött részecskéiből állnak, amelyeket mágneses tere vonz a Földhöz. Mindegyik egy tóruszt alkot bolygónk körül (egy fánkra emlékeztető alak).
Azóta sok kísérletet végeztek az űrben. Lehetővé tették az RPZ főbb jellemzőinek és tulajdonságainak tanulmányozását. Nemcsak bolygónkon vannak sugárzási övei. Más égitestekben is megtalálhatók, amelyek légkörrel és mágneses mezővel rendelkeznek. A Van Allen sugárzónát az amerikai bolygóközi űrszondának köszönhetően fedezték fel a Mars közelében. Ráadásul az amerikaiak a Szaturnusz és a Jupiter közelében találták meg.
Dipólus mágneses tér
Bolygónkon nemcsak a Van Allen-öv, hanem egy dipólus mágneses tér is található. Ez egy sor mágneses héj egymásba ágyazva. A mező szerkezete káposztafejre vagy hagymára emlékeztet. A mágneses héj mágneses erővonalakból szőtt zárt felületként képzelhető el. Minél közelebb van a héj a dipólus középpontjához, annál nagyobb lesz a mágneses térerősség. Emellett az impulzus is megnő, amely ahhoz szükséges, hogy egy töltött részecske kívülről behatoljon.
Tehát, az N-edik héj részecskeimpulzusa P . Abban az esetben, ha a részecske kezdeti impulzusa nem haladja meg a P , akkor azt a mágneses tér visszaveri. A részecske ezután visszatér a világűrbe. Azonban az is előfordul, hogy az N-edik héjra kerül. Ebben az esetbenmár nem tudja elhagyni. A csapdába esett részecske addig marad csapdában, amíg el nem oszlik vagy összeütközik a maradék atmoszférával, és energiát veszít.
Bolygónk mágneses mezejében ugyanaz a héj a Föld felszínétől különböző távolságokra, különböző hosszúságokon helyezkedik el. Ennek oka a mágneses tér tengelye és a bolygó forgástengelye közötti eltérés. Ez a hatás a brazil mágneses anomálián látható a legjobban. Ezen a területen mágneses erővonalak ereszkednek le, és a rajtuk mozgó csapdába esett részecskék magassága 100 km alatt lehet, ami azt jelenti, hogy a Föld légkörében elpusztulnak.
RPG összetétele
A sugárzási övön belül a protonok és elektronok eloszlása nem azonos. Az első a belső részében található, a második pedig a külső. Ezért a tanulmány korai szakaszában a tudósok úgy vélték, hogy vannak a Föld külső (elektronikus) és belső (proton) sugárzási övei. Jelenleg ez a vélemény már nem releváns.
A Van Allen övet kitöltő részecskék keletkezésének legjelentősebb mechanizmusa az albedóneutronok bomlása. Meg kell jegyezni, hogy a neutronok akkor keletkeznek, amikor a légkör kölcsönhatásba lép a kozmikus sugárzással. Ezeknek a részecskéknek az áramlása, amelyek a bolygónk felőli irányban mozognak (albedóneutronok), akadálytalanul haladnak át a Föld mágneses terén. Azonban instabilok és könnyen bomlanak elektronokká, protonokká és elektron-antineutrínókká. A nagy energiájú radioaktív albedómagok a befogási zónában bomlanak le. Így töltődik fel a Van Allen-öv pozitronokkal és elektronokkal.
ERP és mágneses viharok
Amikor erős mágneses viharok kezdődnek, ezek a részecskék nem csak felgyorsulnak, hanem elhagyják a Van Allen radioaktív övet, és kiömlik onnan. A helyzet az, hogy ha a mágneses tér konfigurációja megváltozik, a tükörpontok elmerülhetnek a légkörben. Ebben az esetben a részecskék energiát veszítve (ionizációs veszteségek, szórás) megváltoztatják emelkedési szögüket, majd elpusztulnak, amikor elérik a magnetoszféra felső rétegeit.
RPZ és északi fény
A Van Allen sugárzási övet plazmaréteg veszi körül, amely protonok (ionok) és elektronok csapdába esett árama. Az északi (sarki) fényhez hasonló jelenségek egyik oka, hogy a részecskék kihullanak a plazmarétegből, és részben a külső ERP-ből is. Az aurora borealis a légköri atomok kibocsátása, amelyek az övből kiesett részecskékkel való ütközés következtében gerjesztődnek.
RPZ Research
Az olyan képződményekről, mint a sugárzási övekről végzett vizsgálatok szinte minden alapvető eredményét az 1960-as és 70-es évek környékén szerezték. A közelmúltban orbitális állomásokkal, bolygóközi űrhajókkal és a legújabb tudományos berendezésekkel végzett megfigyelések lehetővé tették a tudósok számára, hogy nagyon fontos új információkat szerezzenek. A Föld körüli Van Allen-öveket korunkban is folytatják. Röviden beszéljünk az ezen a területen elért legfontosabb eredményekről.
Adat érkezett a Szaljut-6-tól
A MEPhI kutatói a múlt század 80-as éveinek elejénnagy energiájú elektronok áramlását vizsgálta bolygónk közvetlen közelében. Ehhez azt a berendezést használták, amely a Szaljut-6 orbitális állomáson volt. Lehetővé tette a tudósok számára, hogy nagyon hatékonyan elkülönítsék a pozitronok és elektronok fluxusait, amelyek energiája meghaladja a 40 MeV-ot. Az állomás pályája (52°-os dőlésszögű, kb. 350-400 km tengerszint feletti magasság) főleg bolygónk sugárzási öve alatt haladt. A brazil mágneses anomáliánál azonban még mindig megérintette a belső részét. Ezen a tartományon áthaladva álló, nagy energiájú elektronokból álló áramokat találtak. A kísérlet előtt csak elektronokat rögzítettek az ERP-ben, amelyek energiája nem haladta meg az 5 MeV-ot.
Adatok a "Meteor-3" sorozat mesterséges műholdairól
A MEPhI kutatói további méréseket végeztek bolygónk Meteor-3 sorozatú mesterséges műholdain, amelyeken a körpályák magassága 800 és 1200 km volt. Ezúttal az eszköz nagyon mélyen behatolt az RPZ-be. Megerősítette a korábban a Szaljut-6 állomáson kapott eredményeket. Aztán a kutatók egy másik fontos eredményre jutottak a Mir és a Szaljut-7 állomásokon felszerelt mágneses spektrométerek segítségével. Bebizonyosodott, hogy a korábban felfedezett stabil öv kizárólag elektronokból áll (pozitronok nélkül), amelyek energiája nagyon magas (akár 200 MeV).
A CNO magokból álló álló öv felfedezése
Az SNNP MSU kutatóinak egy csoportja a múlt század 80-as évek végén és a 90-es évek elején végzett kísérletet, amelynek célja aa legközelebbi világűrben található magok tanulmányozása. Ezeket a méréseket arányos kamrák és nukleáris fényképészeti emulziók segítségével végeztük. Ezeket a Kosmos sorozat műholdain hajtották végre. A tudósok N, O és Ne atommagok jelenlétét észlelték a világűr egy olyan régiójában, ahol egy mesterséges műhold pályája (52°-os dőlésszögű, kb. 400-500 km magasságban) keresztezte a brazil anomáliát.
Mint az elemzés kimutatta, ezek az atommagok, amelyek energiája elérte a több tíz MeV/nukleont, nem galaktikus, albedó vagy szoláris eredetűek, mivel ilyen energiával nem tudtak mélyen behatolni bolygónk magnetoszférájába. Így a tudósok felfedezték a kozmikus sugarak anomáliás összetevőjét, amelyet a mágneses tér fog el.
A csillagközi anyag alacsony energiájú atomjai képesek áthatolni a helioszférán. Ezután a Nap ultraibolya sugárzása egyszer-kétszer ionizálja őket. A keletkező töltött részecskéket a napszélfrontok felgyorsítják, elérve a több tíz MeV/nukleont. Ezután belépnek a magnetoszférába, ahol elfogják és teljesen ionizálják őket.
Kvazisztacionárius protonokból és elektronokból álló öv
1991. március 22-én erőteljes kitörés történt a Napon, amelyet hatalmas tömegű napanyag kilökődése kísért. Március 24-re érte el a magnetoszférát, és megváltoztatta külső régióját. A napszél nagy energiájú részecskéi betörtek a magnetoszférába. Elérték azt a területet, ahol akkor található a CRESS, az amerikai műhold. telepítve ráA műszerek a protonok meredek növekedését regisztrálták, amelyek energiája 20 és 110 MeV között volt, valamint az erős elektronok (körülbelül 15 MeV). Ez egy új öv megjelenését jelezte. Először is, a kvázi álló övet számos űrhajón figyelték meg. Azonban csak a Mir állomáson tanulmányozták teljes élettartama alatt, ami körülbelül két év.
A múlt század 60-as éveiben egyébként annak következtében, hogy a nukleáris eszközök felrobbantak az űrben, megjelent egy kvázi-stacionárius öv, amely alacsony energiájú elektronokból állt. Körülbelül 10 évig tartott. A maghasadás radioaktív töredékei lebomlanak, ami a töltött részecskék forrása volt.
Van RPG a Holdon
Bolygónk műholdjáról hiányzik a Van Allen sugárzási öv. Ráadásul nincs védő atmoszférája. A Hold felszíne napszél hatásának van kitéve. Egy erős napkitörés, ha egy holdexpedíció során történne, mind az űrhajósokat, mind a kapszulákat elégetné, mivel hatalmas sugárzás szabadulna fel, ami halálos.
Lehetséges-e megvédeni magát a kozmikus sugárzástól
Ez a kérdés évek óta foglalkoztatja a tudósokat. Kis dózisban a sugárzás, mint tudják, gyakorlatilag nincs hatással egészségünkre. Ez azonban csak akkor biztonságos, ha nem lép túl egy bizonyos küszöböt. Tudja, milyen a sugárzás szintje a Van Allen-övön kívül, bolygónk felszínén? Általában a radon- és tóriumrészecskék tartalma nem haladja meg a 100 Bq-t 1 m3. Az RPZ belsejébenezek a számok sokkal magasabbak.
Természetesen Van Allen Land sugárzónái nagyon veszélyesek az emberekre. A szervezetre gyakorolt hatásukat sok kutató tanulmányozta. A szovjet tudósok 1963-ban azt mondták Bernard Lovellnek, az ismert brit csillagásznak, hogy nem ismernek olyan eszközt, amely megvédhetné az embert az űrben lévő sugárzástól. Ez azt jelentette, hogy még a szovjet apparátusok vastag falú héjai sem tudtak megbirkózni vele. Hogyan védte meg az űrhajósokat az amerikai kapszulákban használt legvékonyabb fém, szinte fóliaként?
A NASA szerint csak akkor küldött űrhajósokat a Holdra, amikor nem számítottak fáklyákra, amit a szervezet képes megjósolni. Ez tette lehetővé a sugárveszély minimálisra csökkentését. Más szakértők azonban azzal érvelnek, hogy csak hozzávetőlegesen lehet megjósolni a nagy kibocsátás időpontját.
A Van Allen öv és a Holdra tartó repülés
Leonov, egy szovjet űrhajós 1966-ban mégis kiment a világűrbe. Azonban rendkívül nehéz ólomruhát viselt. És 3 év után az Egyesült Államokból érkezett űrhajósok ugráltak a Hold felszínén, és nyilvánvalóan nem nehéz szkafanderben. Talán az évek során a NASA szakembereinek sikerült felfedezniük egy ultrakönnyű anyagot, amely megbízhatóan védi az űrhajósokat a sugárzástól? A Holdra való repülés még mindig sok kérdést vet fel. Az egyik fő érve azoknak, akik úgy vélik, hogy az amerikaiak nem szálltak rá, a sugárzási övek megléte.
