Zemský radiačný pás (ERB) alebo Van Allenov pás je oblasť najbližšieho kozmického priestoru v blízkosti našej planéty, ktorá vyzerá ako prstenec, v ktorom sú obrovské toky elektrónov a protónov. Zem ich drží pomocou dipólového magnetického poľa.
Otvorenie
RPZ bol objavený v rokoch 1957-58. vedci zo Spojených štátov amerických a ZSSR. Explorer 1 (na obrázku nižšie), prvý vesmírny satelit USA vypustený v roku 1958, poskytol veľmi dôležité údaje. Vďaka palubnému experimentu, ktorý vykonali Američania nad zemským povrchom (vo výške asi 1000 km), sa podarilo nájsť radiačný pás (vnútorný). Neskôr, vo výške asi 20 000 km, bola objavená druhá takáto zóna. Medzi vnútorným a vonkajším pásom nie je jasná hranica - prvý postupne prechádza do druhého. Tieto dve zóny rádioaktivity sa líšia stupňom náboja častíc a ich zložením.
Tieto oblasti sa stali známymi ako Van Allenove pásy. James Van Allen je fyzik, ktorému experiment pomoholobjaviť. Vedci zistili, že tieto pásy pozostávajú zo slnečného vetra a nabitých častíc kozmického žiarenia, ktoré k Zemi priťahuje jej magnetické pole. Každý z nich tvorí torus okolo našej planéty (tvar, ktorý pripomína šišku).
Od tej doby sa vo vesmíre uskutočnilo mnoho experimentov. Umožnili študovať hlavné znaky a vlastnosti RPZ. Nielen naša planéta má radiačné pásy. Nachádzajú sa aj v iných nebeských telesách, ktoré majú atmosféru a magnetické pole. Van Allenov radiačný pás bol objavený vďaka americkej medziplanetárnej kozmickej lodi v blízkosti Marsu. Okrem toho ho Američania našli v blízkosti Saturnu a Jupitera.
Dipólové magnetické pole
Naša planéta má nielen Van Allenov pás, ale aj dipólové magnetické pole. Ide o súbor magnetických škrupín uložených do seba. Štruktúra tohto poľa pripomína hlávku kapusty alebo cibuľu. Magnetický obal si možno predstaviť ako uzavretý povrch utkaný z magnetických siločiar. Čím bližšie je obal k stredu dipólu, tým väčšia je intenzita magnetického poľa. Okrem toho sa zvyšuje aj hybnosť potrebná na to, aby ňou nabitá častica prenikla zvonku.
N-tý obal má teda hybnosť častice P . V prípade, že počiatočná hybnosť častice nepresiahne P , je odrazená magnetickým poľom. Častica sa potom vráti do vesmíru. Stáva sa však aj to, že skončí na N-tej škrupine. V tomto prípadeuž ho nedokáže opustiť. Zachytená častica bude zachytená, kým sa nerozptýli alebo nezrazí so zvyškovou atmosférou a nestratí energiu.
V magnetickom poli našej planéty sa tá istá škrupina nachádza v rôznych vzdialenostiach od zemského povrchu v rôznych zemepisných dĺžkach. Je to spôsobené nesúladom medzi osou magnetického poľa a osou rotácie planéty. Tento efekt je najlepšie vidieť na brazílskej magnetickej anomálii. V tejto oblasti klesajú magnetické siločiary a zachytené častice pohybujúce sa pozdĺž nich môžu byť vo výške pod 100 km, čo znamená, že zomrú v zemskej atmosfére.
Zloženie RPG
Vnútri radiačného pásu nie je distribúcia protónov a elektrónov rovnaká. Prvé sú vo vnútornej časti a druhé - vo vonkajšej. Preto v počiatočnom štádiu štúdie vedci verili, že na Zemi existujú vonkajšie (elektronické) a vnútorné (protónové) radiačné pásy. V súčasnosti už tento názor nie je relevantný.
Najvýznamnejším mechanizmom na generovanie častíc vypĺňajúcich Van Allenov pás je rozpad albedových neutrónov. Treba poznamenať, že neutróny vznikajú pri interakcii atmosféry s kozmickým žiarením. Prúd týchto častíc pohybujúcich sa v smere od našej planéty (albedo neutróny) prechádza magnetickým poľom Zeme bez prekážok. Sú však nestabilné a ľahko sa rozpadajú na elektróny, protóny a elektrónové antineutrína. Rádioaktívne jadrá albeda, ktoré majú vysokú energiu, sa vo vnútri zachytávacej zóny rozpadajú. Takto sa Van Allenov pás dopĺňa pozitrónmi a elektrónmi.
ERP a magnetické búrky
Keď začnú silné magnetické búrky, tieto častice sa nielen zrýchlia, ale opustia Van Allenov rádioaktívny pás a vysypú sa z neho. Faktom je, že ak sa zmení konfigurácia magnetického poľa, zrkadlové body môžu byť ponorené do atmosféry. V tomto prípade častice, ktoré strácajú energiu (ionizačné straty, rozptyl), menia svoj uhol sklonu a potom zahynú, keď dosiahnu horné vrstvy magnetosféry.
RPZ a polárna žiara
Van Allenov radiačný pás je obklopený plazmovou vrstvou, ktorá je zachyteným prúdom protónov (iónov) a elektrónov. Jedným z dôvodov javu, akým sú severné (polárne) svetlá, je to, že častice vypadávajú z vrstvy plazmy a čiastočne aj z vonkajšieho ERP. Polárna žiara je emisia atmosférických atómov, ktoré sú excitované v dôsledku kolízie s časticami, ktoré vypadli z pásu.
RPZ Research
Takmer všetky základné výsledky štúdií takých útvarov, ako sú radiačné pásy, boli získané okolo 60. a 70. rokov 20. storočia. Nedávne pozorovania pomocou orbitálnych staníc, medziplanetárnych kozmických lodí a najnovších vedeckých zariadení umožnili vedcom získať veľmi dôležité nové informácie. Van Allenove pásy okolo Zeme sa v našej dobe naďalej skúmajú. Poďme si stručne povedať o najdôležitejších úspechoch v tejto oblasti.
Údaje prijaté zo Salyut-6
Výskumníci z MEPhI na začiatku 80. rokov minulého storočiaskúmal toky elektrónov s vysokou úrovňou energie v bezprostrednej blízkosti našej planéty. Použili na to vybavenie, ktoré bolo na orbitálnej stanici Saljut-6. Vedcom umožnila veľmi efektívne izolovať toky pozitrónov a elektrónov, ktorých energia presahuje 40 MeV. Dráha stanice (sklon 52°, nadmorská výška cca 350-400 km) prechádzala prevažne pod radiačným pásom našej planéty. Stále sa však dotkla jeho vnútornej časti pri brazílskej magnetickej anomálii. Pri prechode touto oblasťou sa našli stacionárne prúdy pozostávajúce z vysokoenergetických elektrónov. Pred týmto experimentom boli v ERP zaznamenané iba elektróny, ktorých energia nepresiahla 5 MeV.
Údaje z umelých satelitov série „Meteor-3“
Výskumníci z MEPhI vykonali ďalšie merania na umelých satelitoch našej planéty radu Meteor-3, na ktorých bola výška kruhových dráh 800 a 1200 km. Tentoraz zariadenie preniklo veľmi hlboko do RPZ. Potvrdil výsledky, ktoré boli získané skôr na stanici Salyut-6. Potom vedci získali ďalší dôležitý výsledok pomocou magnetických spektrometrov inštalovaných na staniciach Mir a Saljut-7. Bolo dokázané, že predtým objavený stabilný pás pozostáva výlučne z elektrónov (bez pozitrónov), ktorých energia je veľmi vysoká (až 200 MeV).
Objav stacionárneho pásu jadier CNO
Skupina výskumníkov z SNNP MSU koncom 80. a začiatkom 90. rokov minulého storočia uskutočnila experiment zameraný naštúdium jadier, ktoré sa nachádzajú v najbližšom vesmíre. Tieto merania sa uskutočňovali pomocou proporcionálnych komôr a jadrových fotografických emulzií. Boli vykonané na satelitoch série Kosmos. Vedci zistili prítomnosť prúdov jadier N, O a Ne v oblasti kozmického priestoru, v ktorej dráha umelej družice (sklon 52°, výška asi 400 – 500 km) prekročila brazílsku anomáliu.
Ako analýza ukázala, tieto jadrá, ktorých energia dosahovala niekoľko desiatok MeV/nukleón, neboli galaktického, albedového alebo slnečného pôvodu, keďže s takouto energiou nemohli preniknúť hlboko do magnetosféry našej planéty. Vedci teda objavili anomálnu zložku kozmického žiarenia zachytenú magnetickým poľom.
Nízkoenergetické atómy v medzihviezdnej hmote sú schopné preniknúť do heliosféry. Potom ich ultrafialové žiarenie Slnka raz-dva ionizuje. Výsledné nabité častice sú urýchľované frontami slnečného vetra a dosahujú niekoľko desiatok MeV/nukleón. Potom vstúpia do magnetosféry, kde sú zachytené a plne ionizované.
Kvazistacionárny pás protónov a elektrónov
22. marca 1991 došlo na Slnku k silnému vzplanutiu, ktoré bolo sprevádzané vyvrhnutím obrovskej masy slnečnej hmoty. Do magnetosféry sa dostala do 24. marca a zmenila svoju vonkajšiu oblasť. Častice slnečného vetra, ktoré mali vysokú energiu, vtrhli do magnetosféry. Dostali sa do oblasti, kde sa vtedy nachádzal americký satelit CRESS. nainštalovaný na ňomprístroje zaznamenali prudký nárast protónov, ktorých energia sa pohybovala od 20 do 110 MeV, ako aj silných elektrónov (asi 15 MeV). To naznačovalo vznik nového pásu. Po prvé, kvázistacionárny pás bol pozorovaný na niekoľkých kozmických lodiach. Avšak iba na stanici Mir bol skúmaný počas celej svojej životnosti, čo sú asi dva roky.
Mimochodom, v 60. rokoch minulého storočia, v dôsledku toho, že jadrové zariadenia explodovali vo vesmíre, sa objavil kvázistacionárny pás, pozostávajúci z elektrónov s nízkou energiou. Trvalo to približne 10 rokov. Rádioaktívne fragmenty štiepenia sa rozpadli, čo bolo zdrojom nabitých častíc.
Je na Mesiaci RPG
Satelitu našej planéty chýba Van Allenov radiačný pás. Navyše nemá ochrannú atmosféru. Povrch Mesiaca je vystavený slnečným vetrom. Silná slnečná erupcia, ak by k nej došlo počas lunárnej expedície, by spálila astronautov aj kapsuly, pretože by sa uvoľnil obrovský prúd žiarenia, ktorý by bol smrteľný.
Je možné sa chrániť pred kozmickým žiarením
Táto otázka zaujíma vedcov už mnoho rokov. V malých dávkach žiarenie, ako viete, nemá prakticky žiadny vplyv na naše zdravie. Bezpečný je však až vtedy, keď neprekročí určitú hranicu. Viete, aká je úroveň žiarenia mimo Van Allenovho pásu, na povrchu našej planéty? Zvyčajne obsah častíc radónu a tória nepresahuje 100 Bq na 1 m3. Vo vnútri RPZtieto čísla sú oveľa vyššie.
Samozrejme, radiačné pásy Van Allen Land sú pre ľudí veľmi nebezpečné. Ich účinok na organizmus skúmali mnohí výskumníci. Sovietski vedci v roku 1963 povedali Bernardovi Lovellovi, známemu britskému astronómovi, že nepoznajú spôsob ochrany človeka pred žiarením vo vesmíre. To znamenalo, že sa s tým nedokázali vyrovnať ani hrubostenné náboje sovietskych aparátov. Ako najtenší kov použitý v amerických kapsulách, takmer ako fólia, chránil astronautov?
Podľa NASA poslala astronautov na Mesiac len vtedy, keď sa neočakávali žiadne erupcie, čo je organizácia schopná predpovedať. Práve to umožnilo znížiť riziko radiácie na minimum. Iní odborníci však tvrdia, že dátum veľkých emisií možno predpovedať len približne.
Van Allenov pás a let na Mesiac
Leonov, sovietsky kozmonaut, sa napriek tomu v roku 1966 vydal do vesmíru. Mal však na sebe superťažký olovený oblek. A po 3 rokoch astronauti zo Spojených štátov skákali na mesačný povrch a zjavne nie v ťažkých skafandroch. Možno sa v priebehu rokov špecialistom NASA podarilo objaviť ultraľahký materiál, ktorý spoľahlivo chráni astronautov pred žiarením? Let na Mesiac stále vyvoláva množstvo otáznikov. Jedným z hlavných argumentov tých, ktorí veria, že Američania na ňom nepristáli, je existencia radiačných pásov.
