Zemljin radijacioni pojas (ERB), ili Van Allenov pojas, je područje najbližeg svemirskog prostora u blizini naše planete, koje izgleda kao prsten, u kojem se nalaze džinovski tokovi elektrona i protona. Zemlja ih drži dipolnim magnetnim poljem.
Otvaranje
RPZ je otkriven 1957-58. naučnici iz Sjedinjenih Država i SSSR-a. Explorer 1 (na slici ispod), prvi američki svemirski satelit lansiran 1958. godine, pružio je vrlo važne podatke. Zahvaljujući eksperimentu na brodu koji su izveli Amerikanci iznad površine Zemlje (na visini od oko 1000 km), pronađen je radijacijski pojas (unutrašnji). Kasnije, na visini od oko 20.000 km, otkrivena je druga takva zona. Ne postoji jasna granica između unutrašnjeg i vanjskog pojasa - prvi postepeno prelazi u drugi. Ove dvije zone radioaktivnosti razlikuju se po stepenu naboja čestica i njihovom sastavu.
Ova područja su postala poznata kao Van Allenovi pojasevi. James Van Allen je fizičar čiji im je eksperiment pomogaootkriti. Naučnici su otkrili da se ovi pojasevi sastoje od solarnog vjetra i nabijenih čestica kosmičkih zraka, koje Zemlju privlači njeno magnetsko polje. Svaki od njih formira torus oko naše planete (oblik koji podsjeća na krofnu).
Od tada su izvedeni mnogi eksperimenti u svemiru. Oni su omogućili proučavanje glavnih karakteristika i svojstava RPZ-a. Ne samo da naša planeta ima radijacijske pojaseve. Takođe se nalaze u drugim nebeskim tijelima koja imaju atmosferu i magnetsko polje. Van Allenov radijacijski pojas otkriven je zahvaljujući američkoj međuplanetarnoj svemirskoj letjelici u blizini Marsa. Osim toga, Amerikanci su ga pronašli u blizini Saturna i Jupitera.
Dipolno magnetsko polje
Naša planeta ima ne samo Van Alen pojas, već i dipolno magnetno polje. To je skup magnetnih školjki ugniježđenih jedna u drugu. Struktura ovog polja podsjeća na glavicu kupusa ili luk. Magnetna školjka se može zamisliti kao zatvorena površina satkana od magnetnih linija sile. Što je ljuska bliže centru dipola, jačina magnetnog polja postaje veća. Osim toga, impuls potreban da bi nabijena čestica probila nju izvana također se povećava.
Dakle, N-ta ljuska ima impuls čestice P . U slučaju kada početni impuls čestice ne prelazi P , on se reflektuje od magnetnog polja. Čestica se zatim vraća u svemir. Međutim, dešava se i da završi na N-toj ljusci. U ovom slučajuviše nije u stanju da ga napusti. Zarobljena čestica će biti zarobljena sve dok se ne rasprši ili ne sudari sa zaostalom atmosferom i izgubi energiju.
U magnetnom polju naše planete, ista školjka se nalazi na različitim udaljenostima od zemljine površine na različitim dužinama. To je zbog neusklađenosti između ose magnetnog polja i ose rotacije planete. Ovaj efekat se najbolje vidi kod brazilske magnetne anomalije. U ovom području, magnetne linije sile se spuštaju, a zarobljene čestice koje se kreću duž njih mogu biti ispod 100 km visine, što znači da će umrijeti u zemljinoj atmosferi.
RPG kompozicija
Unutar pojasa zračenja, distribucija protona i elektrona nije ista. Prvi su u njegovom unutrašnjem dijelu, a drugi - u vanjskom. Stoga su u ranoj fazi istraživanja naučnici vjerovali da postoje vanjski (elektronski) i unutrašnji (protonski) radijacijski pojasevi 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 je atmosfera u interakciji sa kosmičkim zračenjem. Tok ovih čestica koje se kreću u pravcu od naše planete (albedo neutroni) nesmetano prolazi kroz Zemljino magnetno polje. Međutim, oni su nestabilni i lako se raspadaju na elektrone, protone i elektronske antineutrine. Radioaktivna albedo jezgra, koja imaju visoku energiju, raspadaju se unutar zone hvatanja. Ovako se Van Allenov pojas puni pozitronima i elektronima.
ERP i magnetne oluje
Kada počnu jake magnetne oluje, ove čestice ne samo da se ubrzavaju, one napuštaju Van Allenov radioaktivni pojas i izlijevaju se iz njega. Činjenica je da ako se konfiguracija magnetskog polja promijeni, točke ogledala mogu biti uronjene u atmosferu. U ovom slučaju, čestice, gubeći energiju (jonizacioni gubici, rasejanje), menjaju svoje uglove nagiba i zatim nestaju kada stignu do gornjih slojeva magnetosfere.
RPZ i sjeverno svjetlo
Van Allenov pojas zračenja okružen je slojem plazme, koji je zarobljeni tok protona (jona) 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 sa česticama koje su ispale iz pojasa.
RPZ Research
Gotovo svi fundamentalni rezultati studija takvih formacija kao što su radijacijski pojasevi dobijeni su oko 1960-ih i 70-ih godina. Nedavna zapažanja pomoću orbitalnih stanica, međuplanetarnih svemirskih letjelica i najnovije naučne opreme omogućila su naučnicima da dobiju veoma važne nove informacije. Van Allenovi pojasevi oko Zemlje i dalje se proučavaju u naše vrijeme. Hajdemo ukratko o najvažnijim dostignućima u ovoj oblasti.
Podaci primljeni od Salyut-6
Istraživači sa MEPhI-a ranih 80-ih godina prošlog stoljećaistraživao tokove elektrona sa visokim nivoom energije u neposrednoj blizini naše planete. Za to su koristili opremu koja se nalazila na orbitalnoj stanici Saljut-6. To je omogućilo naučnicima da vrlo efikasno izoluju tok pozitrona i elektrona, čija energija prelazi 40 MeV. Orbita stanice (nagib 52°, visina oko 350-400 km) prolazila je uglavnom ispod radijacionog pojasa naše planete. Međutim, ipak je dodirnuo svoj unutrašnji dio kod brazilske magnetske anomalije. Prilikom prelaska ovog područja pronađeni su stacionarni tokovi koji se sastoje od elektrona visoke energije. Prije ovog eksperimenta, u ERP su snimani samo elektroni, čija energija nije prelazila 5 MeV.
Podaci sa vještačkih satelita serije "Meteor-3"
Istraživači iz MEPhI-a izvršili su dalja mjerenja na vještačkim satelitima naše planete serije Meteor-3, u kojima je visina kružnih orbita bila 800 i 1200 km. Ovaj put uređaj je veoma duboko prodro u RPZ. On je potvrdio rezultate koji su ranije dobijeni na stanici Saljut-6. Zatim su istraživači dobili još jedan važan rezultat korištenjem magnetnih spektrometara postavljenih na stanicama Mir i Saljut-7. Dokazano je da se prethodno otkriveni stabilni pojas sastoji isključivo od elektrona (bez pozitrona), čija je energija veoma visoka (do 200 MeV).
Otkriće stacionarnog pojasa CNO jezgara
Grupa istraživača iz SNNP MSU krajem 80-ih i početkom 90-ih godina prošlog stoljeća izvela je eksperiment čiji je ciljproučavanje jezgara koje se nalaze u najbližem svemiru. Ova mjerenja su provedena korištenjem proporcionalnih komora i nuklearnih fotografskih emulzija. Izvedeni su na satelitima serije Kosmos. Naučnici su otkrili prisustvo tokova jezgara N, O i Ne u oblasti svemira u kojoj je orbita veštačkog satelita (nagib od 52°, visina od oko 400-500 km) prelazila brazilsku anomaliju.
Kao što je analiza pokazala, ova jezgra, čija je energija dostizala nekoliko desetina MeV/nukleon, nisu bila galaktičkog, albedo ili solarnog porijekla, jer s takvom energijom nisu mogla prodrijeti duboko u magnetosferu naše planete. Tako su naučnici otkrili anomalnu komponentu kosmičkih zraka, zahvaćenu magnetnim poljem.
Atomi niske energije u međuzvjezdanoj materiji mogu prodrijeti u heliosferu. Tada ih ultraljubičasto zračenje Sunca jonizuje jednom ili dvaput. Rezultirajuće nabijene čestice ubrzavaju frontovi solarnog vjetra, dostižući nekoliko desetina MeV/nukleon. Zatim ulaze u magnetosferu, gdje bivaju zarobljeni i potpuno jonizirani.
Kvazistacionarni pojas protona i elektrona
22. marta 1991. godine na Suncu se dogodila snažna baklja, koja je bila praćena izbacivanjem ogromne mase sunčeve materije. Do 24. marta je stigao u magnetosferu i promijenio svoju spoljašnju regiju. Čestice solarnog 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 velikom broju svemirskih letelica. Međutim, samo na stanici Mir je proučavan tokom čitavog životnog veka, što je oko dve godine.
Uzgred, 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 naše planete nedostaje Van Allenov pojas zračenja. Osim toga, nema zaštitnu atmosferu. Mjesečeva površina je izložena sunčevim vjetrovima. Jaka sunčeva baklja, ako bi se desila tokom lunarne ekspedicije, spalila bi i astronaute i kapsule, jer bi došlo do ogromnog toka zračenja koje bi se oslobodilo, što je smrtonosno.
Da li je moguće zaštititi se od kosmičkog zračenja
Ovo pitanje već dugi niz godina zanima naučnike. U malim dozama, zračenje, kao što znate, praktički nema utjecaja na naše zdravlje. Međutim, siguran je samo kada ne prelazi određeni prag. Da li znate koliki je nivo radijacije izvan Van Alenovog pojasa, na površini naše planete? Obično sadržaj radona i čestica torijuma ne prelazi 100 Bq po 1 m3. Unutar RPZove brojke su mnogo veće.
Naravno, radijacijski pojasevi Van Allen Landa su veoma opasni za ljude. Njihovo djelovanje na organizam proučavali su mnogi istraživači. Sovjetski naučnici su 1963. godine rekli Bernardu Lovellu, poznatom britanskom astronomu, da ne znaju način zaštite čovjeka od izlaganja radijaciji 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, skoro kao folija, zaštitio astronaute?
Prema NASA-i, poslala je astronaute na Mjesec samo kada se nisu očekivale baklje, što organizacija može predvidjeti. To je omogućilo da se opasnost od zračenja svede na minimum. Drugi stručnjaci, međutim, tvrde da se može samo grubo predvidjeti datum velikih emisija.
Van Allenov pojas i let do Mjeseca
Leonov, sovjetski kosmonaut, ipak je otišao u svemir 1966. godine. Međutim, nosio je 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 tokom godina NASA-ini stručnjaci uspjeli otkriti ultra-laki materijal koji pouzdano štiti astronaute od zračenja? Let na Mjesec i dalje postavlja mnoga pitanja. Jedan od glavnih argumenata onih koji smatraju da se na njega nisu iskrcali Amerikanci je postojanje radijacijskih pojaseva.
