Η Ζώνη Ακτινοβολίας της Γης (ERB), ή η ζώνη Βαν Άλεν, είναι η περιοχή του πλησιέστερου διαστήματος κοντά στον πλανήτη μας, που μοιάζει με δακτύλιο, στον οποίο υπάρχουν γιγάντιες ροές ηλεκτρονίων και πρωτονίων. Η γη τα κρατά με ένα δίπολο μαγνητικό πεδίο.
Άνοιγμα
Το
RPZ ανακαλύφθηκε το 1957-58. επιστήμονες από τις Ηνωμένες Πολιτείες και την ΕΣΣΔ. Ο Explorer 1 (φωτογραφία παρακάτω), ο πρώτος διαστημικός δορυφόρος των ΗΠΑ που εκτοξεύτηκε το 1958, έχει παράσχει πολύ σημαντικά δεδομένα. Χάρη σε ένα επί του σκάφους πείραμα που πραγματοποίησαν οι Αμερικανοί πάνω από την επιφάνεια της Γης (σε υψόμετρο περίπου 1000 km), βρέθηκε μια ζώνη ακτινοβολίας (εσωτερική). Αργότερα, σε υψόμετρο περίπου 20.000 χλμ., ανακαλύφθηκε μια δεύτερη τέτοια ζώνη. Δεν υπάρχει σαφές όριο μεταξύ της εσωτερικής και της εξωτερικής ζώνης - η πρώτη περνά σταδιακά στη δεύτερη. Αυτές οι δύο ζώνες ραδιενέργειας διαφέρουν ως προς τον βαθμό φορτίου των σωματιδίων και τη σύνθεσή τους.
Αυτές οι περιοχές έγιναν γνωστές ως ζώνες Βαν Άλεν. Ο Τζέιμς Βαν Άλεν είναι ένας φυσικός του οποίου το πείραμα τους βοήθησεανακαλύπτω. Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι αυτές οι ζώνες αποτελούνται από τον ηλιακό άνεμο και τα φορτισμένα σωματίδια των κοσμικών ακτίνων, τα οποία έλκονται στη Γη από το μαγνητικό της πεδίο. Κάθε ένα από αυτά σχηματίζει έναν τόρο γύρω από τον πλανήτη μας (ένα σχήμα που μοιάζει με ντόνατ).
Πολλά πειράματα έχουν πραγματοποιηθεί στο διάστημα από τότε. Κατέστησαν δυνατή τη μελέτη των κύριων χαρακτηριστικών και ιδιοτήτων του RPZ. Όχι μόνο ο πλανήτης μας έχει ζώνες ακτινοβολίας. Βρίσκονται επίσης σε άλλα ουράνια σώματα που έχουν ατμόσφαιρα και μαγνητικό πεδίο. Η ζώνη ακτινοβολίας Van Allen ανακαλύφθηκε χάρη σε διαπλανητικό διαστημόπλοιο των ΗΠΑ κοντά στον Άρη. Επιπλέον, οι Αμερικανοί το βρήκαν κοντά στον Κρόνο και τον Δία.
Δίπολο μαγνητικό πεδίο
Ο πλανήτης μας δεν έχει μόνο τη ζώνη Van Allen, αλλά και ένα δίπολο μαγνητικό πεδίο. Είναι ένα σύνολο από μαγνητικά κελύφη φωλιασμένα το ένα μέσα στο άλλο. Η δομή αυτού του χωραφιού μοιάζει με ένα κεφάλι λάχανου ή ένα κρεμμύδι. Το μαγνητικό κέλυφος μπορεί να φανταστεί ως μια κλειστή επιφάνεια υφασμένη από μαγνητικές γραμμές δύναμης. Όσο πιο κοντά βρίσκεται το κέλυφος στο κέντρο του διπόλου, τόσο μεγαλύτερη γίνεται η ένταση του μαγνητικού πεδίου. Επιπλέον, αυξάνεται επίσης η ορμή που απαιτείται για να διεισδύσει ένα φορτισμένο σωματίδιο από το εξωτερικό.
Έτσι, το Νο κέλυφος έχει την ορμή σωματιδίων P . Στην περίπτωση που η αρχική ορμή του σωματιδίου δεν υπερβαίνει το P , ανακλάται από το μαγνητικό πεδίο. Στη συνέχεια, το σωματίδιο επιστρέφει στο διάστημα. Συμβαίνει όμως και να καταλήγει στο Νο κέλυφος. Σε αυτήν την περίπτωσηπου δεν είναι πλέον σε θέση να το εγκαταλείψουν. Το παγιδευμένο σωματίδιο θα παγιδευτεί μέχρι να διαλύεται ή να συγκρούεται με την εναπομένουσα ατμόσφαιρα και χάνει ενέργεια.
Στον μαγνητικό πεδίο του πλανήτη μας, το ίδιο κέλυφος βρίσκεται σε διαφορετικές αποστάσεις από την επιφάνεια της γης σε διαφορετικά γεωγραφικά μήκη. Αυτό οφείλεται στην αναντιστοιχία μεταξύ του άξονα του μαγνητικού πεδίου και του άξονα περιστροφής του πλανήτη. Το αποτέλεσμα αυτό φαίνεται καλύτερα κατά τη διάρκεια της Βραζιλίας μαγνητική ανωμαλία. Σε αυτόν τον τομέα, μαγνητικές γραμμές δύναμης κατέρχονται, και παγιδεύεται σωματιδίων που κινούνται κατά μήκος τους μπορεί να είναι κάτω από 100 χιλιόμετρα σε ύψος, τα οποία μέσα θα πεθάνουν στην ατμόσφαιρα της γης.
RPG Σύνθεση
Μέσα από το ζώνη ακτινοβολίας, η κατανομή των πρωτονίων και ηλεκτρονίων δεν αποτελεί το ίδιο. Η πρώτη είναι στο εσωτερικό μέρος της, και η δεύτερη - στο εξωτερικό. Ως εκ τούτου, σε πρώιμο στάδιο της μελέτης, οι επιστήμονες πίστευαν ότι υπήρχαν εξωτερικές (ηλεκτρονικών) και των εσωτερικών ζωνών (πρωτονίων) ακτινοβολίας της Γης. Επί του παρόντος, η γνωμοδότηση αυτή δεν είναι πλέον σχετικό.
Η σημαντικότερη μηχανισμός για την παραγωγή των σωματιδίων πληρώσεως του ιμάντα Van Allen είναι η παρακμή της albedo νετρόνια. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι τα νετρόνια δημιουργούνται όταν τα αλληλεπιδρά ατμόσφαιρα με την κοσμική ακτινοβολία. Η ροή αυτών των σωματιδίων που κινούνται κατά τη διεύθυνση από τον πλανήτη μας (albedo νετρόνια) περνά μέσω μαγνητικού πεδίου της Γης ανεμπόδιστα. Ωστόσο, αυτά είναι ασταθή και εύκολα διασπαστεί σε ηλεκτρόνια, πρωτόνια, και ηλεκτρονίων αντινετρίνα. Ραδιενεργών πυρήνων albedo, τα οποία έχουν υψηλή ενέργεια, αποσύνθεση μέσα στη ζώνη σύλληψης. Έτσι η ζώνη Van Allen αναπληρώνεται με ποζιτρόνια και ηλεκτρόνια.
ERP και μαγνητικές καταιγίδες
Όταν αρχίζουν ισχυρές μαγνητικές καταιγίδες, αυτά τα σωματίδια όχι απλώς επιταχύνονται, αλλά φεύγουν από τη ραδιενεργή ζώνη Βαν Άλεν, χύνοντας έξω από αυτήν. Το γεγονός είναι ότι εάν αλλάξει η διαμόρφωση του μαγνητικού πεδίου, τα σημεία καθρέφτη μπορούν να βυθιστούν στην ατμόσφαιρα. Σε αυτή την περίπτωση, τα σωματίδια, χάνοντας ενέργεια (απώλειες ιονισμού, σκέδαση), αλλάζουν τις γωνίες βήματος τους και στη συνέχεια χάνονται όταν φτάσουν στα ανώτερα στρώματα της μαγνητόσφαιρας.
RPZ και βόρειο σέλας
Η ζώνη ακτινοβολίας Van Allen περιβάλλεται από ένα στρώμα πλάσματος, το οποίο είναι ένα παγιδευμένο ρεύμα πρωτονίων (ιόντων) και ηλεκτρονίων. Ένας από τους λόγους για ένα τέτοιο φαινόμενο όπως το βόρειο (πολικό) φώτα είναι ότι τα σωματίδια πέφτουν έξω από το στρώμα πλάσματος, και επίσης εν μέρει από το εξωτερικό ERP. Το βόρειο σέλας είναι η εκπομπή ατμοσφαιρικών ατόμων, τα οποία διεγείρονται λόγω σύγκρουσης με σωματίδια που έχουν πέσει έξω από τη ζώνη.
RPZ Έρευνα
Σχεδόν όλα τα θεμελιώδη αποτελέσματα μελετών τέτοιων σχηματισμών όπως οι ζώνες ακτινοβολίας ελήφθησαν γύρω στις δεκαετίες του 1960 και του '70. Πρόσφατες παρατηρήσεις χρησιμοποιώντας τροχιακούς σταθμούς, διαπλανητικά διαστημόπλοια και τον πιο πρόσφατο επιστημονικό εξοπλισμό επέτρεψαν στους επιστήμονες να αποκτήσουν πολύ σημαντικές νέες πληροφορίες. Οι ζώνες Van Allen γύρω από τη Γη συνεχίζουν να μελετώνται στην εποχή μας. Ας μιλήσουμε εν συντομία για τα πιο σημαντικά επιτεύγματα σε αυτόν τον τομέα.
Λήφθηκαν δεδομένα από Salyut-6
Ερευνητές από το MEPhI στις αρχές της δεκαετίας του '80 του περασμένου αιώναερεύνησε τις ροές ηλεκτρονίων με υψηλό επίπεδο ενέργειας στην άμεση γειτνίαση του πλανήτη μας. Για να γίνει αυτό, χρησιμοποίησαν τον εξοπλισμό που βρισκόταν στον τροχιακό σταθμό Salyut-6. Επέτρεψε στους επιστήμονες να απομονώσουν πολύ αποτελεσματικά τις ροές ποζιτρονίων και ηλεκτρονίων, η ενέργεια των οποίων υπερβαίνει τα 40 MeV. Η τροχιά του σταθμού (κλίση 52°, υψόμετρο περίπου 350-400 χλμ.) πέρασε κυρίως κάτω από τη ζώνη ακτινοβολίας του πλανήτη μας. Ωστόσο, άγγιξε ακόμα το εσωτερικό του μέρος στο Brazilian Magnetic Anomaly. Κατά τη διέλευση αυτής της περιοχής, βρέθηκαν ακίνητα ρεύματα που αποτελούνται από ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας. Πριν από αυτό το πείραμα, μόνο ηλεκτρόνια καταγράφηκαν στο ERP, η ενέργεια των οποίων δεν ξεπερνούσε τα 5 MeV.
Δεδομένα από τεχνητούς δορυφόρους της σειράς "Meteor-3"
Ερευνητές από το MEPhI πραγματοποίησαν περαιτέρω μετρήσεις σε τεχνητούς δορυφόρους του πλανήτη μας της σειράς Meteor-3, στους οποίους το ύψος των κυκλικών τροχιών ήταν 800 και 1200 km. Αυτή τη φορά η συσκευή έχει διεισδύσει πολύ βαθιά στο RPZ. Επιβεβαίωσε τα αποτελέσματα που ελήφθησαν νωρίτερα στον σταθμό Salyut-6. Στη συνέχεια, οι ερευνητές έλαβαν ένα άλλο σημαντικό αποτέλεσμα χρησιμοποιώντας τα μαγνητικά φασματόμετρα που είναι εγκατεστημένα στους σταθμούς Mir και Salyut-7. Αποδείχθηκε ότι η σταθερή ζώνη που ανακαλύφθηκε προηγουμένως αποτελείται αποκλειστικά από ηλεκτρόνια (χωρίς ποζιτρόνια), η ενέργεια των οποίων είναι πολύ υψηλή (έως 200 MeV).
Ανακάλυψη της σταθερής ζώνης των πυρήνων CNO
Μια ομάδα ερευνητών από το SNNP MSU στα τέλη της δεκαετίας του '80 και στις αρχές της δεκαετίας του '90 του περασμένου αιώνα πραγματοποίησε ένα πείραμα με στόχοη μελέτη των πυρήνων που βρίσκονται στο πλησιέστερο εξωτερικό διάστημα. Αυτές οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας αναλογικούς θαλάμους και πυρηνικά φωτογραφικά γαλακτώματα. Πραγματοποιήθηκαν σε δορυφόρους της σειράς Kosmos. Οι επιστήμονες εντόπισαν την παρουσία ροών πυρήνων N, O και Ne σε μια περιοχή του διαστήματος στην οποία η τροχιά ενός τεχνητού δορυφόρου (κλίση 52 °, υψόμετρο περίπου 400-500 km) διέσχιζε τη βραζιλιάνικη ανωμαλία.
Όπως έδειξε η ανάλυση, αυτοί οι πυρήνες, των οποίων η ενέργεια έφτανε πολλές δεκάδες MeV/νουκλεόνιο, δεν ήταν γαλαξιακής, άλμπεδο ή ηλιακής προέλευσης, αφού δεν μπορούσαν να διεισδύσουν βαθιά στη μαγνητόσφαιρα του πλανήτη μας με τέτοια ενέργεια. Έτσι, οι επιστήμονες ανακάλυψαν το ανώμαλο συστατικό των κοσμικών ακτίνων, που συλλαμβάνονται από το μαγνητικό πεδίο.
Τα άτομα χαμηλής ενέργειας στη διαστρική ύλη είναι σε θέση να διαπεράσουν την ηλιόσφαιρα. Τότε η υπεριώδης ακτινοβολία του Ήλιου τα ιονίζει μία ή δύο φορές. Τα φορτισμένα σωματίδια που προκύπτουν επιταχύνονται από τα μέτωπα του ηλιακού ανέμου, φτάνοντας αρκετές δεκάδες MeV/νουκλεόνιο. Στη συνέχεια εισέρχονται στη μαγνητόσφαιρα, όπου συλλαμβάνονται και ιονίζονται πλήρως.
Οικονομική ζώνη πρωτονίων και ηλεκτρονίων
Στις 22 Μαρτίου 1991, μια ισχυρή έκλαμψη σημειώθηκε στον Ήλιο, η οποία συνοδεύτηκε από την εκτίναξη μιας τεράστιας μάζας ηλιακής ύλης. Έφτασε στη μαγνητόσφαιρα μέχρι τις 24 Μαρτίου και άλλαξε την εξωτερική του περιοχή. Σωματίδια του ηλιακού ανέμου, που είχαν υψηλή ενέργεια, ξέσπασαν στη μαγνητόσφαιρα. Έφτασαν στην περιοχή όπου βρισκόταν τότε ο CRESS, ο αμερικανικός δορυφόρος. εγκατεστημένο σε αυτότα όργανα κατέγραψαν απότομη αύξηση στα πρωτόνια, των οποίων η ενέργεια κυμαινόταν από 20 έως 110 MeV, καθώς και ισχυρά ηλεκτρόνια (περίπου 15 MeV). Αυτό έδειξε την εμφάνιση μιας νέας ζώνης. Πρώτον, η σχεδόν ακίνητη ζώνη παρατηρήθηκε σε πολλά διαστημόπλοια. Ωστόσο, μόνο στο σταθμό Mir μελετήθηκε καθ' όλη τη διάρκεια ζωής του, που είναι περίπου δύο χρόνια.
Παρεμπιπτόντως, στη δεκαετία του '60 του περασμένου αιώνα, ως αποτέλεσμα του γεγονότος ότι πυρηνικές συσκευές εξερράγησαν στο διάστημα, εμφανίστηκε μια οιονεί ακίνητη ζώνη, αποτελούμενη από ηλεκτρόνια με χαμηλές ενέργειες. Διήρκεσε περίπου 10 χρόνια. Τα ραδιενεργά θραύσματα της σχάσης διασπάστηκαν, η οποία ήταν η πηγή φορτισμένων σωματιδίων.
Υπάρχει RPG στη Σελήνη
Στον δορυφόρο του πλανήτη μας λείπει η ζώνη ακτινοβολίας Van Allen. Επιπλέον, δεν έχει προστατευτική ατμόσφαιρα. Η επιφάνεια του φεγγαριού είναι εκτεθειμένη στους ηλιακούς ανέμους. Μια ισχυρή ηλιακή έκλαμψη, αν συνέβαινε κατά τη διάρκεια μιας σεληνιακής αποστολής, θα αποτέφρωνε τόσο τους αστροναύτες όσο και τις κάψουλες, καθώς θα απελευθερωνόταν ένα τεράστιο ρεύμα ακτινοβολίας, το οποίο είναι θανατηφόρο.
Είναι δυνατόν να προστατευτείτε από την κοσμική ακτινοβολία
Αυτή η ερώτηση ενδιαφέρει τους επιστήμονες εδώ και πολλά χρόνια. Σε μικρές δόσεις, η ακτινοβολία, όπως γνωρίζετε, πρακτικά δεν έχει καμία επίδραση στην υγεία μας. Ωστόσο, είναι ασφαλές μόνο όταν δεν υπερβαίνει ένα συγκεκριμένο όριο. Ξέρετε ποιο είναι το επίπεδο ακτινοβολίας έξω από τη ζώνη Βαν Άλεν, στην επιφάνεια του πλανήτη μας; Συνήθως η περιεκτικότητα σε σωματίδια ραδονίου και θορίου δεν υπερβαίνει τα 100 Bq ανά 1 m3. Μέσα στο RPZαυτοί οι αριθμοί είναι πολύ υψηλότεροι.
Φυσικά, οι ζώνες ακτινοβολίας του Van Allen Land είναι πολύ επικίνδυνες για τον άνθρωπο. Η επίδρασή τους στον οργανισμό έχει μελετηθεί από πολλούς ερευνητές. Σοβιετικοί επιστήμονες το 1963 είπαν στον Μπέρναρντ Λόβελ, έναν γνωστό Βρετανό αστρονόμο, ότι δεν γνώριζαν ένα μέσο προστασίας ενός ατόμου από την έκθεση στην ακτινοβολία στο διάστημα. Αυτό σήμαινε ότι ακόμη και τα κοχύλια των σοβιετικών συσκευών με παχύ τοίχωμα δεν μπορούσαν να το αντιμετωπίσουν. Πώς το πιο λεπτό μέταλλο που χρησιμοποιείται στις αμερικανικές κάψουλες, σχεδόν σαν αλουμινόχαρτο, προστάτεψε τους αστροναύτες;
Σύμφωνα με τη NASA, έστειλε αστροναύτες στο φεγγάρι μόνο όταν δεν αναμένονταν εκλάμψεις, κάτι που ο οργανισμός είναι σε θέση να προβλέψει. Αυτό κατέστησε δυνατή τη μείωση του κινδύνου ακτινοβολίας στο ελάχιστο. Άλλοι ειδικοί, ωστόσο, υποστηρίζουν ότι μπορεί κανείς να προβλέψει μόνο χονδρικά την ημερομηνία των μεγάλων εκπομπών.
Η ζώνη Van Allen και η πτήση στο φεγγάρι
Ο
Ο Λεόνοφ, ένας Σοβιετικός κοσμοναύτης, πήγε ωστόσο στο διάστημα το 1966. Ωστόσο, φορούσε ένα υπερβαρύ μολύβδινο κοστούμι. Και μετά από 3 χρόνια, αστροναύτες από τις Ηνωμένες Πολιτείες πηδούσαν στη σεληνιακή επιφάνεια, και προφανώς όχι με βαριές διαστημικές στολές. Ίσως, με τα χρόνια, οι ειδικοί της NASA έχουν καταφέρει να ανακαλύψουν ένα εξαιρετικά ελαφρύ υλικό που προστατεύει αξιόπιστα τους αστροναύτες από την ακτινοβολία; Η πτήση στο φεγγάρι εξακολουθεί να εγείρει πολλά ερωτήματα. Ένα από τα κύρια επιχειρήματα όσων πιστεύουν ότι οι Αμερικανοί δεν προσγειώθηκαν σε αυτό είναι η ύπαρξη ζωνών ακτινοβολίας.
