Žemės spinduliuotės diržas (ERB) arba Van Alleno diržas yra artimiausios išorinės erdvės, esančios šalia mūsų planetos, sritis, kuri atrodo kaip žiedas, kuriame teka milžiniški elektronų ir protonų srautai. Žemė juos laiko dipoliu magnetiniu lauku.
Atidarymas
RPZ buvo atrastas 1957–1958 m. mokslininkai iš JAV ir SSRS. „Explorer 1“(nuotrauka žemiau), pirmasis JAV kosminis palydovas, paleistas 1958 m., pateikė labai svarbių duomenų. Amerikiečių atlikto eksperimento laive virš Žemės paviršiaus (apie 1000 km aukštyje) dėka buvo rastas radiacijos diržas (vidinis). Vėliau, maždaug 20 000 km aukštyje, buvo aptikta antroji tokia zona. Aiškios ribos tarp vidinio ir išorinio diržų nėra – pirmasis palaipsniui pereina į antrąjį. Šios dvi radioaktyvumo zonos skiriasi dalelių krūvio laipsniu ir jų sudėtimi.
Šios sritys tapo žinomos kaip Van Alleno diržai. Jamesas Van Allenas yra fizikas, kurio eksperimentas jiems padėjoatrasti. Mokslininkai išsiaiškino, kad šie diržai susideda iš saulės vėjo ir įkrautų kosminių spindulių dalelių, kurias į Žemę traukia jos magnetinis laukas. Kiekvienas iš jų sudaro torą aplink mūsų planetą (forma, primenanti spurgą).
Nuo to laiko kosmose buvo atlikta daug eksperimentų. Jie leido ištirti pagrindines RPZ savybes ir savybes. Radiacijos diržus turi ne tik mūsų planeta. Jų yra ir kituose dangaus kūnuose, turinčiuose atmosferą ir magnetinį lauką. Van Alleno radiacinė juosta buvo atrasta JAV tarpplanetinio erdvėlaivio dėka netoli Marso. Be to, amerikiečiai jį rado prie Saturno ir Jupiterio.
Dipolio magnetinis laukas
Mūsų planetoje yra ne tik Van Alleno diržas, bet ir dipolio magnetinis laukas. Tai magnetinių apvalkalų rinkinys, įdėtas vienas kito viduje. Šio lauko struktūra primena kopūsto galvą arba svogūną. Magnetinį apvalkalą galima įsivaizduoti kaip uždarą paviršių, išaustą iš magnetinių jėgos linijų. Kuo arčiau dipolio centro yra apvalkalas, tuo didesnis magnetinio lauko stiprumas. Be to, taip pat didėja impulsas, reikalingas, kad įkrauta dalelė prasiskverbtų į ją iš išorės.
Taigi, N-asis apvalkalas turi dalelių impulsą P . Tuo atveju, kai pradinis dalelės impulsas neviršija P , jį atspindi magnetinis laukas. Tada dalelė grįžta į kosmosą. Tačiau atsitinka ir taip, kad jis atsiduria N-ajame apvalkale. Tokiu atvejuji nebegali jo palikti. Įstrigusi dalelė bus įstrigusi tol, kol išsisklaidys arba nesusidurs su likusia atmosfera ir neteks energijos.
Mūsų planetos magnetiniame lauke tas pats apvalkalas yra skirtingais atstumais nuo žemės paviršiaus skirtingose ilgumose. Taip yra dėl neatitikimo tarp magnetinio lauko ašies ir planetos sukimosi ašies. Šis poveikis geriausiai matomas per Brazilijos magnetinę anomaliją. Šioje srityje nusileidžia magnetinės jėgos linijos, o išilgai jomis judančios įstrigusios dalelės gali būti žemiau 100 km aukščio, o tai reiškia, kad jos mirs žemės atmosferoje.
RPG sudėtis
Spinduliavimo juostos viduje protonų ir elektronų pasiskirstymas nėra vienodas. Pirmieji yra vidinėje jo dalyje, o antrieji - išorinėje. Todėl ankstyvoje tyrimo stadijoje mokslininkai manė, kad yra išorinės (elektroninės) ir vidinės (protoninės) Žemės spinduliuotės juostos. Šiuo metu ši nuomonė nebėra aktuali.
Svarbiausias dalelių, užpildančių Van Alleno juostą, susidarymo mechanizmas yra albedo neutronų skilimas. Reikia pažymėti, kad neutronai susidaro, kai atmosfera sąveikauja su kosmine spinduliuote. Šių dalelių srautas, judantis kryptimi iš mūsų planetos (albedo neutronai), netrukdomai praeina per Žemės magnetinį lauką. Tačiau jie yra nestabilūs ir lengvai skyla į elektronus, protonus ir elektronų antineutrinus. Radioaktyvieji albedo branduoliai, turintys didelę energiją, suyra gaudymo zonoje. Taip Van Alleno diržas pasipildo pozitronais ir elektronais.
ERP ir magnetinės audros
Prasidėjus stiprioms magnetinėms audroms, šios dalelės ne tik įsibėgėja, bet ir palieka Van Alleno radioaktyvųjį diržą ir išsilieja iš jo. Faktas yra tas, kad pasikeitus magnetinio lauko konfigūracijai veidrodiniai taškai gali būti panardinti į atmosferą. Tokiu atveju dalelės, prarasdamos energiją (jonizacijos nuostoliai, sklaida), pakeičia savo žingsnio kampus ir tada žūva, kai pasiekia viršutinius magnetosferos sluoksnius.
RPZ ir šiaurės pašvaistė
Van Alleno spinduliuotės juosta yra apsupta plazmos sluoksniu, kuris yra įstrigęs protonų (jonų) ir elektronų srautas. Viena iš tokio reiškinio, kaip šiaurės (poliarinė) šviesa, priežasčių yra ta, kad dalelės iškrenta iš plazmos sluoksnio, o taip pat iš dalies ir iš išorinės ERP. Aurora borealis yra atmosferos atomų, kurie sužadinami dėl susidūrimo su iš juostos iškritusiomis dalelėmis, emisija.
RPZ tyrimai
Beveik visi pagrindiniai tokių darinių, kaip radiacinės juostos, tyrimų rezultatai buvo gauti maždaug septintajame ir aštuntajame dešimtmečiuose. Naujausi stebėjimai naudojant orbitines stotis, tarpplanetinius erdvėlaivius ir naujausią mokslinę įrangą leido mokslininkams gauti labai svarbios naujos informacijos. Van Alleno juostos aplink Žemę ir toliau tiriamos mūsų laikais. Trumpai pakalbėkime apie svarbiausius pasiekimus šioje srityje.
Duomenys gauti iš Salyut-6
Tyrėjai iš MEPhI praėjusio amžiaus devintojo dešimtmečio pradžiojeištyrė didelio energijos lygio elektronų srautus artimiausioje mūsų planetos kaimynystėje. Norėdami tai padaryti, jie naudojo įrangą, kuri buvo Salyut-6 orbitinėje stotyje. Tai leido mokslininkams labai efektyviai izoliuoti pozitronų ir elektronų srautus, kurių energija viršija 40 MeV. Stoties orbita (nuolydis 52°, aukštis apie 350-400 km) daugiausia praėjo žemiau mūsų planetos radiacijos juostos. Tačiau jis vis tiek palietė vidinę Brazilijos magnetinės anomalijos dalį. Kertant šią sritį buvo aptikti nejudantys srautai, susidedantys iš didelės energijos elektronų. Prieš šį eksperimentą ERP buvo registruojami tik elektronai, kurių energija neviršijo 5 MeV.
Duomenys iš dirbtinių „Meteor-3“serijos palydovų
MEPhI tyrėjai atliko tolesnius matavimus mūsų planetos dirbtiniuose Meteor-3 serijos palydovuose, kuriuose žiedinių orbitų aukštis buvo 800 ir 1200 km. Šį kartą prietaisas labai giliai įsiskverbė į RPZ. Jis patvirtino rezultatus, kurie anksčiau buvo gauti Salyut-6 stotyje. Tada mokslininkai gavo dar vieną svarbų rezultatą, naudodami magnetinius spektrometrus, įrengtus stotyse Mir ir Salyut-7. Įrodyta, kad anksčiau atrasta stabili juosta susideda tik iš elektronų (be pozitronų), kurių energija yra labai didelė (iki 200 MeV).
Nejudančio CNO branduolių juostos atradimas
Praėjusio amžiaus 80-ųjų pabaigoje ir 90-ųjų pradžioje SNNP MSU mokslininkų grupė atliko eksperimentą, kurio tikslasbranduolių, esančių artimiausioje kosminėje erdvėje, tyrimas. Šie matavimai buvo atlikti naudojant proporcingas kameras ir branduolines fotografijos emulsijas. Jie buvo atlikti Kosmoso serijos palydovuose. Mokslininkai aptiko N, O ir Ne branduolių srautų buvimą kosmoso regione, kuriame dirbtinio palydovo orbita (52° nuolydis, apie 400–500 km aukštis) kirto Brazilijos anomaliją.
Kaip parodė analizė, šie branduoliai, kurių energija siekė kelias dešimtis MeV/nukleonų, nebuvo galaktikos, albedo ar saulės kilmės, nes su tokia energija jie negalėjo giliai prasiskverbti į mūsų planetos magnetosferą. Taigi mokslininkai atrado neįprastą kosminių spindulių komponentą, užfiksuotą magnetinio lauko.
Mažos energijos atomai tarpžvaigždinėje medžiagoje gali prasiskverbti pro heliosferą. Tuomet Saulės ultravioletinė spinduliuotė juos vieną ar du kartus jonizuoja. Susidariusias įkrautas daleles pagreitina saulės vėjo frontai, pasiekiantys kelias dešimtis MeV/nukleono. Tada jie patenka į magnetosferą, kur yra užfiksuoti ir visiškai jonizuojami.
Kvazicionari protonų ir elektronų juosta
1991 m. kovo 22 d. Saulėje įvyko galingas pliūpsnis, kurį lydėjo didžiulės saulės medžiagos masės išmetimas. Jis pasiekė magnetosferą kovo 24 d. ir pakeitė savo išorinę sritį. Saulės vėjo dalelės, kurios turėjo didelę energiją, prasiveržė į magnetosferą. Jie pasiekė vietovę, kurioje tada buvo amerikietiškas palydovas CRESS. įdiegta ant joprietaisai užfiksavo staigų protonų, kurių energija svyravo nuo 20 iki 110 MeV, bei galingų elektronų (apie 15 MeV) padidėjimą. Tai rodė naujo diržo atsiradimą. Pirma, beveik stacionari juosta buvo pastebėta daugelyje erdvėlaivių. Tačiau tik Mir stotyje jis buvo tiriamas per visą jos gyvavimo laikotarpį, ty maždaug dvejus metus.
Beje, praėjusio amžiaus šeštajame dešimtmetyje dėl to, kad branduoliniai įrenginiai sprogo erdvėje, atsirado beveik stacionari juosta, susidedanti iš mažos energijos elektronų. Tai truko maždaug 10 metų. Radioaktyvieji dalijimosi fragmentai suiro, o tai buvo įkrautų dalelių š altinis.
Ar yra RPG Mėnulyje
Mūsų planetos palydovui trūksta Van Alleno spinduliuotės juostos. Be to, jame nėra apsauginės atmosferos. Mėnulio paviršių veikia saulės vėjai. Stiprus saulės pliūpsnis, jei jis įvyktų Mėnulio ekspedicijos metu, sudegintų ir astronautus, ir kapsules, nes būtų išleistas didžiulis radiacijos srautas, kuris yra mirtinas.
Ar įmanoma apsisaugoti nuo kosminės spinduliuotės
Šis klausimas mokslininkus domina jau daugelį metų. Mažomis dozėmis spinduliuotė, kaip žinote, praktiškai neturi įtakos mūsų sveikatai. Tačiau tai saugu tik tada, kai neviršija tam tikros ribos. Ar žinote, koks radiacijos lygis yra už Van Alleno juostos, mūsų planetos paviršiuje? Paprastai radono ir torio dalelių kiekis neviršija 100 Bq 1 m3. RPZ viduješie skaičiai yra daug didesni.
Žinoma, Van Allen Land spinduliuotės juostos yra labai pavojingos žmonėms. Jų poveikį organizmui ištyrė daugelis mokslininkų. 1963 metais sovietų mokslininkai žinomam britų astronomui Bernardui Lovelui pasakė, kad jie nežino priemonių, kaip apsaugoti žmogų nuo radiacijos kosmose. Tai reiškė, kad net storasieniai sovietinių aparatų apvalkalai negalėjo su tuo susidoroti. Kaip ploniausias amerikietiškose kapsulėse naudojamas metalas, beveik kaip folija, apsaugojo astronautus?
Anot NASA, ji išsiuntė astronautus į Mėnulį tik tada, kai nebuvo tikimasi raketų, ką organizacija gali nuspėti. Tai leido sumažinti radiacijos pavojų iki minimumo. Tačiau kiti ekspertai teigia, kad galima tik apytiksliai numatyti didelių emisijų datą.
Van Alleno diržas ir skrydis į mėnulį
Leonovas, sovietų kosmonautas, vis dėlto išvyko į kosmosą 1966 m. Tačiau jis vilkėjo itin sunkų švininį kostiumą. O po 3 metų astronautai iš JAV šokinėjo Mėnulio paviršiumi ir, aišku, ne su sunkiais skafandrais. Galbūt per daugelį metų NASA specialistams pavyko atrasti itin lengvą medžiagą, kuri patikimai apsaugo astronautus nuo radiacijos? Skrydis į Mėnulį vis dar kelia daug klausimų. Vienas iš pagrindinių argumentų tų, kurie mano, kad amerikiečiai ant jo nenusileido, yra radiacijos diržų buvimas.
