Zemljin radijacijski pojas (ERB), ili Van Allenov pojas, područje je najbližeg svemirskog prostora u blizini našeg planeta, koje izgleda kao prsten, u kojem se nalaze divovski tokovi elektrona i protona. Zemlja ih drži dipolnim magnetskim poljem.
Otvaranje
RPZ je otkriven 1957-58. znanstvenici iz Sjedinjenih Država i SSSR-a. Explorer 1 (na slici ispod), prvi američki svemirski satelit lansiran 1958. godine, pružio je vrlo važne podatke. Zahvaljujući pokusu na brodu koji su proveli Amerikanci iznad površine Zemlje (na visini od oko 1000 km), pronađen je radijacijski pojas (unutarnji). Kasnije, na visini od oko 20.000 km, otkrivena je druga takva zona. Ne postoji jasna granica između unutarnjeg i vanjskog pojasa - prvi postupno prelazi u drugi. Ove dvije zone radioaktivnosti razlikuju se po stupnju naboja čestica i njihovom sastavu.
Ova područja postala su poznata kao Van Allenovi pojasevi. James Van Allen je fizičar čiji im je eksperiment pomogaootkriti. Znanstvenici su otkrili da se ti pojasevi sastoje od sunčevog vjetra i nabijenih čestica kozmičkih zraka, koje Zemlju privlači njezino magnetsko polje. Svaki od njih tvori torus oko našeg planeta (oblik koji podsjeća na krafnu).
Otada su u svemiru izvedeni mnogi eksperimenti. Omogućili su proučavanje glavnih značajki i svojstava RPZ-a. Ne samo da naš planet ima radijacijske pojaseve. Također se nalaze u drugim nebeskim tijelima koja imaju atmosferu i magnetsko polje. Van Allenov radijacijski pojas otkriven je zahvaljujući američkoj međuplanetarnoj letjelici u blizini Marsa. Osim toga, Amerikanci su ga pronašli u blizini Saturna i Jupitera.
Dipolno magnetsko polje
Naš planet ima ne samo Van Allenov pojas, već i dipolno magnetsko polje. To je skup magnetskih školjki ugniježđenih jedna u drugu. Struktura ovog polja podsjeća na glavicu kupusa ili luk. Magnetska školjka može se zamisliti kao zatvorena površina satkana od magnetskih linija sile. Što je ljuska bliže središtu dipola, jačina magnetskog polja postaje veća. Osim toga, povećava se i zamah potreban da bi nabijena čestica probila nju izvana.
Dakle, N-ta ljuska ima impuls čestice P . U slučaju kada početni impuls čestice ne prelazi P , on se reflektira magnetskim poljem. Čestica se tada vraća u svemir. Međutim, događa se i da završi na N-oj ljusci. U ovom slučajuviše ga nije u stanju napustiti. Zarobljena čestica bit će zarobljena sve dok se ne rasprši ili ne sudari s preostalom atmosferom i ne izgubi energiju.
U magnetskom polju našeg planeta, ista školjka nalazi se na različitim udaljenostima od zemljine površine na različitim zemljopisnim dužinama. To je zbog neusklađenosti između osi magnetskog polja i osi rotacije planeta. Taj se učinak najbolje vidi na brazilskoj magnetskoj anomaliji. U ovom području se magnetske linije sile spuštaju, a zarobljene čestice koje se kreću duž njih mogu biti ispod 100 km visine, što znači da će umrijeti u zemljinoj atmosferi.
RPG sastav
Unutar pojasa zračenja, raspodjela protona i elektrona nije ista. Prvi su u njegovom unutarnjem dijelu, a drugi - u vanjskom. Stoga su u ranoj fazi istraživanja znanstvenici vjerovali da postoje vanjski (elektronički) i unutarnji (protonski) pojasevi zračenja Zemlje. Trenutno ovo mišljenje više nije relevantno.
Najznačajniji mehanizam za stvaranje čestica koje ispunjavaju Van Allenov pojas je raspad albedo neutrona. Treba napomenuti da neutroni nastaju kada atmosfera stupi u interakciju sa kozmičkim zračenjem. Tok ovih čestica koje se kreću u smjeru od našeg planeta (albedo neutroni) nesmetano prolazi kroz Zemljino magnetsko polje. Međutim, oni su nestabilni i lako se raspadaju na elektrone, protone i elektronske antineutrine. Radioaktivne albedo jezgre, koje imaju visoku energiju, raspadaju se unutar zone hvatanja. Ovako se Van Allenov pojas puni pozitronima i elektronima.
ERP i magnetske oluje
Kada počnu jake magnetske oluje, te čestice ne samo da se ubrzavaju, već napuštaju Van Allenov radioaktivni pojas i izlijevaju se iz njega. Činjenica je da ako se konfiguracija magnetskog polja promijeni, zrcalne točke mogu biti uronjene u atmosferu. U ovom slučaju, čestice, gubeći energiju (ionizacijski gubici, raspršenje), mijenjaju svoje kutove nagiba i zatim propadaju kada dođu do gornjih slojeva magnetosfere.
RPZ i sjeverno svjetlo
Van Allenov pojas zračenja okružen je slojem plazme, koji je zarobljeni tok protona (iona) i elektrona. Jedan od razloga za takav fenomen kao što je sjeverno (polarno) svjetlo je taj što čestice ispadaju iz sloja plazme, a dijelom i iz vanjskog ERP-a. Aurora borealis je emisija atmosferskih atoma, koji se pobuđuju zbog sudara s česticama koje su ispale iz pojasa.
RPZ Research
Gotovo svi temeljni rezultati istraživanja takvih formacija kao što su radijacijski pojasevi dobiveni su oko 1960-ih i 70-ih godina. Nedavna promatranja pomoću orbitalnih stanica, međuplanetarnih letjelica i najnovije znanstvene opreme omogućila su znanstvenicima da dobiju vrlo važne nove informacije. Van Allenovi pojasevi oko Zemlje nastavljaju se proučavati u naše vrijeme. Razgovarajmo ukratko o najvažnijim postignućima na ovom području.
Podaci primljeni od Salyut-6
Istraživači iz MEPhI-a ranih 80-ih godina prošlog stoljećaistraživali tokove elektrona s visokom razinom energije u neposrednoj blizini našeg planeta. Za to su koristili opremu koja se nalazila na orbitalnoj stanici Saljut-6. To je omogućilo znanstvenicima da vrlo učinkovito izoliraju tokove pozitrona i elektrona, čija energija prelazi 40 MeV. Orbita postaje (nagib 52°, visina oko 350-400 km) prolazila je uglavnom ispod radijacijskog pojasa našeg planeta. Međutim, ipak je dotaknuo svoj unutarnji dio kod brazilske magnetske anomalije. Prilikom prelaska ovog područja pronađene su stacionarne struje koje se sastoje od elektrona visoke energije. Prije ovog eksperimenta, u ERP-u su zabilježeni samo elektroni, čija energija nije prelazila 5 MeV.
Podaci s umjetnih satelita serije "Meteor-3"
Istraživači iz MEPhI-a izvršili su daljnja mjerenja na umjetnim satelitima našeg planeta serije Meteor-3, u kojima je visina kružnih orbita bila 800 i 1200 km. Ovaj put uređaj je vrlo duboko prodro u RPZ. Potvrdio je rezultate koji su ranije dobiveni na stanici Saljut-6. Zatim su istraživači dobili još jedan važan rezultat korištenjem magnetskih spektrometara postavljenih na postajama Mir i Saljut-7. Dokazano je da se prethodno otkriveni stabilni pojas sastoji isključivo od elektrona (bez pozitrona), čija je energija vrlo visoka (do 200 MeV).
Otkriće stacionarnog pojasa CNO jezgri
Grupa istraživača iz SNNP MSU kasnih 80-ih i ranih 90-ih godina prošlog stoljeća izvela je eksperiment s ciljemproučavanje jezgri koje se nalaze u najbližem svemiru. Ta su mjerenja provedena korištenjem proporcionalnih komora i nuklearnih fotografskih emulzija. Provedeni su na satelitima serije Kosmos. Znanstvenici su otkrili prisutnost strujanja jezgri N, O i Ne u području svemira u kojem je orbita umjetnog satelita (nagib od 52°, visina od oko 400-500 km) prelazila brazilsku anomaliju.
Kao što je analiza pokazala, ove jezgre, čija je energija dosezala nekoliko desetaka MeV/nukleon, nisu bile galaktičkog, albedo ili solarnog podrijetla, jer s takvom energijom nisu mogle prodrijeti duboko u magnetosferu našeg planeta. Tako su znanstvenici otkrili anomalnu komponentu kozmičkih zraka, zahvaćenu magnetskim poljem.
Atomi niske energije u međuzvjezdanoj materiji mogu prodrijeti u heliosferu. Tada ih ultraljubičasto zračenje Sunca ionizira jednom ili dvaput. Rezultirajuće nabijene čestice ubrzavaju fronte solarnog vjetra, dosežući nekoliko desetaka MeV/nukleon. Zatim ulaze u magnetosferu, gdje bivaju zarobljeni i potpuno ionizirani.
Kvazistacionarni pojas protona i elektrona
22. ožujka 1991. dogodila se snažna baklja na Suncu, koja je bila popraćena izbacivanjem ogromne mase sunčeve tvari. Do 24. ožujka stigao je u magnetosferu i promijenio svoju vanjsku regiju. Čestice Sunčevog vjetra, koje su imale veliku energiju, izbile su u magnetosferu. Stigli su do područja gdje se tada nalazio američki satelit CRESS. instaliran na njemuinstrumenti su zabilježili nagli porast protona, čija se energija kretala od 20 do 110 MeV, kao i snažnih elektrona (oko 15 MeV). To je ukazivalo na pojavu novog pojasa. Prvo, kvazistacionarni pojas je uočen na brojnim letjelicama. Međutim, samo na stanici Mir proučavan je tijekom cijelog životnog vijeka, oko dvije godine.
Usput, 60-ih godina prošlog stoljeća, kao rezultat eksplodiranja nuklearnih uređaja u svemiru, pojavio se kvazistacionarni pojas koji se sastoji od elektrona niske energije. Trajalo je otprilike 10 godina. Radioaktivni fragmenti fisije su se raspali, što je bio izvor nabijenih čestica.
Postoji li RPG na Mjesecu
Satelitu našeg planeta nedostaje Van Allenov pojas zračenja. Osim toga, nema zaštitnu atmosferu. Mjesečeva je površina izložena sunčevim vjetrovima. Jaka sunčeva baklja, ako se dogodi tijekom lunarne ekspedicije, spalila bi i astronaute i kapsule, jer bi došlo do ogromnog toka zračenja koje bi se oslobodilo, što je smrtonosno.
Je li se moguće zaštititi od kozmičkog zračenja
Ovo pitanje je zanimalo znanstvenike već dugi niz godina. U malim dozama, zračenje, kao što znate, praktički nema utjecaja na naše zdravlje. Međutim, siguran je samo kada ne prelazi određeni prag. Znate li kolika je razina zračenja izvan Van Allenova pojasa, na površini našeg planeta? Obično sadržaj čestica radona i torija ne prelazi 100 Bq po 1 m3. Unutar RPZ-aove brojke su puno veće.
Naravno, radijacijski pojasevi Van Allenove zemlje vrlo su opasni za ljude. Njihov učinak na tijelo proučavali su mnogi istraživači. Sovjetski znanstvenici su 1963. godine rekli Bernardu Lovellu, poznatom britanskom astronomu, da ne znaju način zaštite čovjeka od izloženosti zračenju u svemiru. To je značilo da se čak ni školjke debelih zidova sovjetskih aparata nisu mogle nositi s tim. Kako je najtanji metal korišten u američkim kapsulama, gotovo poput folije, zaštitio astronaute?
Prema NASA-i, poslala je astronaute na Mjesec samo kada se nisu očekivale baklje, što je organizacija u stanju predvidjeti. To je ono što je omogućilo da se opasnost od zračenja svede na minimum. Drugi stručnjaci, međutim, tvrde da se može samo okvirno predvidjeti datum velikih emisija.
Van Allenov pojas i let na mjesec
Leonov, sovjetski kozmonaut, ipak je otišao u svemir 1966. godine. Međutim, na sebi je imao superteško olovno odijelo. I nakon 3 godine, astronauti iz Sjedinjenih Država skakali su na površinu Mjeseca, i to očito ne u teškim svemirskim odijelima. Možda su tijekom godina NASA-ini stručnjaci uspjeli otkriti ultra-laki materijal koji pouzdano štiti astronaute od zračenja? Let na Mjesec još uvijek postavlja mnoga pitanja. Jedan od glavnih argumenata onih koji vjeruju da se na njega nisu iskrcali Amerikanci je postojanje radijacijskih pojaseva.
