La cintura di radiazione terrestre (ERB), o cintura di Van Allen, è la regione dello spazio esterno più vicino vicino al nostro pianeta, che sembra un anello, in cui ci sono flussi giganti di elettroni e protoni. La terra li tiene con un campo magnetico dipolo.
Apertura
RPZ è stato scoperto nel 1957-58. scienziati degli Stati Uniti e dell'URSS. Explorer 1 (nella foto sotto), il primo satellite spaziale statunitense lanciato nel 1958, ha fornito dati molto importanti. Grazie a un esperimento a bordo condotto dagli americani sopra la superficie terrestre (a un' altitudine di circa 1000 km), è stata trovata una cintura di radiazioni (interna). Successivamente, ad un' altitudine di circa 20.000 km, è stata scoperta una seconda zona di questo tipo. Non esiste un confine chiaro tra la cintura interna ed esterna: la prima passa gradualmente nella seconda. Queste due zone di radioattività differiscono per il grado di carica delle particelle e la loro composizione.
Queste aree divennero note come le cinture di Van Allen. James Van Allen è un fisico il cui esperimento li ha aiutatiscoprire. Gli scienziati hanno scoperto che queste cinture sono costituite dal vento solare e da particelle cariche di raggi cosmici, che sono attratte dalla Terra dal suo campo magnetico. Ognuno di loro forma un toro attorno al nostro pianeta (una forma che ricorda una ciambella).
Da allora sono stati condotti molti esperimenti nello spazio. Hanno permesso di studiare le principali caratteristiche e proprietà della RPZ. Non solo il nostro pianeta ha cinture di radiazioni. Si trovano anche in altri corpi celesti che hanno un'atmosfera e un campo magnetico. La Van Allen Radiation Belt è stata scoperta grazie alla navicella interplanetaria statunitense vicino a Marte. Inoltre, gli americani lo trovarono vicino a Saturno e Giove.
Campo magnetico dipolo
Il nostro pianeta non ha solo la cintura di Van Allen, ma anche un campo magnetico dipolo. È un insieme di gusci magnetici annidati l'uno nell' altro. La struttura di questo campo ricorda una testa di cavolo o una cipolla. Il guscio magnetico può essere immaginato come una superficie chiusa tessuta da linee di forza magnetiche. Più il guscio è vicino al centro del dipolo, maggiore diventa l'intensità del campo magnetico. Inoltre, aumenta anche la quantità di moto richiesta perché una particella carica la penetri dall'esterno.
Quindi, il guscio N-esimo ha la quantità di moto della particella P . Nel caso in cui la quantità di moto iniziale della particella non superi P , viene riflessa dal campo magnetico. La particella ritorna quindi nello spazio esterno. Tuttavia, capita anche che finisca sull'ennesima shell. In questo casonon è più in grado di lasciarla. La particella intrappolata rimarrà intrappolata finché non si dissiperà o non entrerà in collisione con l'atmosfera residua e perderà energia.
Nel campo magnetico del nostro pianeta, lo stesso guscio si trova a diverse distanze dalla superficie terrestre a diverse longitudini. Ciò è dovuto alla mancata corrispondenza tra l'asse del campo magnetico e l'asse di rotazione del pianeta. Questo effetto si vede meglio sull'anomalia magnetica brasiliana. In quest'area, le linee di forza magnetiche scendono e le particelle intrappolate che si muovono lungo di esse possono essere alte meno di 100 km, il che significa che moriranno nell'atmosfera terrestre.
Composizione RPG
All'interno della cintura di radiazione, la distribuzione di protoni ed elettroni non è la stessa. I primi sono nella parte interna di esso e il secondo - nell'esterno. Pertanto, in una fase iniziale dello studio, gli scienziati credevano che esistessero cinture di radiazioni esterne (elettroniche) e interne (protoniche) della Terra. Attualmente, questa opinione non è più pertinente.
Il meccanismo più significativo per la generazione di particelle che riempiono la cintura di Van Allen è il decadimento dei neutroni albedo. Va notato che i neutroni si creano quando l'atmosfera interagisce con la radiazione cosmica. Il flusso di queste particelle che si muovono nella direzione del nostro pianeta (neutroni albedo) attraversa il campo magnetico terrestre senza ostacoli. Tuttavia, sono instabili e decadono facilmente in elettroni, protoni e antineutrini elettronici. I nuclei di albedo radioattivo, che hanno un'elevata energia, decadono all'interno della zona di cattura. È così che la cintura di Van Allen viene riempita di positroni ed elettroni.
ERP e tempeste magnetiche
Quando iniziano forti tempeste magnetiche, queste particelle non si limitano ad accelerare, ma lasciano la fascia radioattiva di Van Allen, riversandosi fuori da essa. Il fatto è che se la configurazione del campo magnetico cambia, i punti specchio possono essere immersi nell'atmosfera. In questo caso, le particelle, perdendo energia (perdite di ionizzazione, dispersione), cambiano i loro angoli di beccheggio e poi muoiono quando raggiungono gli strati superiori della magnetosfera.
RPZ e aurora boreale
La cintura di radiazioni di Van Allen è circondata da uno strato di plasma, che è un flusso intrappolato di protoni (ioni) ed elettroni. Una delle ragioni di un fenomeno come l'aurora boreale (polare) è che le particelle cadono dallo strato di plasma e anche in parte dall'ERP esterno. L'aurora boreale è l'emissione di atomi atmosferici, che vengono eccitati a causa della collisione con particelle cadute dalla cintura.
Ricerca RPZ
Quasi tutti i risultati fondamentali degli studi su formazioni come le cinture di radiazioni sono stati ottenuti intorno agli anni '60 e '70. Recenti osservazioni utilizzando stazioni orbitali, veicoli spaziali interplanetari e le più recenti apparecchiature scientifiche hanno consentito agli scienziati di ottenere nuove informazioni molto importanti. Le cinture di Van Allen attorno alla Terra continuano ad essere studiate ai nostri giorni. Parliamo brevemente dei risultati più importanti in quest'area.
Dati ricevuti da Salyut-6
Ricercatori di MEPhI nei primi anni '80 del secolo scorsoha studiato i flussi di elettroni ad alto livello di energia nelle immediate vicinanze del nostro pianeta. Per fare ciò, hanno utilizzato l'attrezzatura che si trovava sulla stazione orbitale Salyut-6. Ha permesso agli scienziati di isolare in modo molto efficace i flussi di positroni ed elettroni, la cui energia supera i 40 MeV. L'orbita della stazione (inclinazione 52°, altitudine circa 350-400 km) passava principalmente al di sotto della fascia di radiazione del nostro pianeta. Tuttavia, ha ancora toccato la sua parte interna all'anomalia magnetica brasiliana. Quando si attraversa questa regione, sono stati trovati flussi stazionari costituiti da elettroni ad alta energia. Prima di questo esperimento, nell'ERP venivano registrati solo elettroni la cui energia non superava i 5 MeV.
Dati dai satelliti artificiali della serie "Meteor-3"
I ricercatori del MEPhI hanno effettuato ulteriori misurazioni sui satelliti artificiali del nostro pianeta della serie Meteor-3, in cui l' altezza delle orbite circolari era di 800 e 1200 km. Questa volta il dispositivo è penetrato molto in profondità nell'RPZ. Ha confermato i risultati ottenuti in precedenza presso la stazione Salyut-6. I ricercatori hanno poi ottenuto un altro importante risultato utilizzando gli spettrometri magnetici installati presso le stazioni Mir e Salyut-7. È stato dimostrato che la cintura stabile precedentemente scoperta è costituita esclusivamente da elettroni (senza positroni), la cui energia è molto elevata (fino a 200 MeV).
Scoperta della cintura stazionaria dei nuclei CNO
Un gruppo di ricercatori della SNNP MSU tra la fine degli anni '80 e l'inizio degli anni '90 del secolo scorso ha condotto un esperimento volto alo studio dei nuclei che si trovano nello spazio esterno più vicino. Queste misurazioni sono state effettuate utilizzando camere proporzionali ed emulsioni fotografiche nucleari. Sono stati effettuati sui satelliti della serie Kosmos. Gli scienziati hanno rilevato la presenza di flussi di nuclei di N, O e Ne in una regione dello spazio esterno in cui l'orbita di un satellite artificiale (un'inclinazione di 52°, un' altitudine di circa 400-500 km) ha attraversato l'anomalia brasiliana.
Come ha mostrato l'analisi, questi nuclei, la cui energia raggiungeva diverse decine di MeV/nucleone, non erano di origine galattica, albedo o solare, poiché non potevano penetrare in profondità nella magnetosfera del nostro pianeta con tale energia. Così gli scienziati hanno scoperto la componente anomala dei raggi cosmici, catturata dal campo magnetico.
Gli atomi a bassa energia nella materia interstellare sono in grado di penetrare nell'eliosfera. Quindi la radiazione ultravioletta del Sole li ionizza una o due volte. Le particelle cariche risultanti vengono accelerate dai fronti del vento solare, raggiungendo diverse decine di MeV/nucleone. Quindi entrano nella magnetosfera, dove vengono catturati e completamente ionizzati.
Cintura quasi stazionaria di protoni ed elettroni
Il 22 marzo 1991 si verificò un potente bagliore sul Sole, accompagnato dall'espulsione di un'enorme massa di materia solare. Ha raggiunto la magnetosfera entro il 24 marzo e ha cambiato la sua regione esterna. Le particelle del vento solare, ad alta energia, irrompono nella magnetosfera. Raggiunsero la zona dove si trovava allora il CRES, il satellite americano. installato su di essogli strumenti hanno registrato un forte aumento dei protoni, la cui energia variava da 20 a 110 MeV, oltre che di potenti elettroni (circa 15 MeV). Ciò indicava l'emergere di una nuova cintura. In primo luogo, la cintura quasi stazionaria è stata osservata su un certo numero di veicoli spaziali. Tuttavia, solo alla stazione Mir è stato studiato per tutta la sua vita, che è di circa due anni.
A proposito, negli anni '60 del secolo scorso, a causa dell'esplosione di ordigni nucleari nello spazio, apparve una cintura quasi stazionaria, costituita da elettroni a basse energie. Durò circa 10 anni. I frammenti radioattivi della fissione sono decaduti, che era la fonte di particelle cariche.
C'è un gioco di ruolo sulla Luna
Il satellite del nostro pianeta non ha la cintura di radiazioni di Van Allen. Inoltre, non ha un'atmosfera protettiva. La superficie della luna è esposta ai venti solari. Un forte brillamento solare, se accadesse durante una spedizione lunare, incenerirebbe sia gli astronauti che le capsule, poiché verrebbe rilasciato un enorme flusso di radiazioni, che è mortale.
È possibile proteggersi dalle radiazioni cosmiche
Questa domanda interessa gli scienziati da molti anni. A piccole dosi, le radiazioni, come sapete, non hanno praticamente alcun effetto sulla nostra salute. Tuttavia, è sicuro solo quando non supera una certa soglia. Sai qual è il livello di radiazione al di fuori della cintura di Van Allen, sulla superficie del nostro pianeta? Di solito il contenuto di particelle di radon e torio non supera i 100 Bq per 1 m3. All'interno dell'RPZqueste cifre sono molto più alte.
Naturalmente, le cinture di radiazioni di Van Allen Land sono molto pericolose per gli umani. Il loro effetto sul corpo è stato studiato da molti ricercatori. Gli scienziati sovietici nel 1963 dissero a Bernard Lovell, un noto astronomo britannico, che non conoscevano un mezzo per proteggere una persona dall'esposizione alle radiazioni nello spazio. Ciò significava che anche i gusci dalle pareti spesse degli apparati sovietici non potevano farcela. In che modo il metallo più sottile utilizzato nelle capsule americane, quasi come un foglio, ha protetto gli astronauti?
Secondo la NASA, ha inviato astronauti sulla luna solo quando non erano previsti bagliori, cosa che l'organizzazione è in grado di prevedere. Questo è ciò che ha permesso di ridurre al minimo il rischio di radiazioni. Altri esperti, tuttavia, sostengono che si può solo prevedere approssimativamente la data di grandi emissioni.
La cintura di Van Allen e il volo sulla luna
Leonov, un cosmonauta sovietico, andò comunque nello spazio nel 1966. Tuttavia, indossava una tuta di piombo super pesante. E dopo 3 anni, gli astronauti degli Stati Uniti stavano s altando sulla superficie lunare e ovviamente non in pesanti tute spaziali. Forse, nel corso degli anni, gli specialisti della NASA sono riusciti a scoprire un materiale ultraleggero che protegge in modo affidabile gli astronauti dalle radiazioni? Il volo verso la luna solleva ancora molte domande. Uno degli argomenti principali di coloro che credono che gli americani non vi siano atterrati è l'esistenza di cinture di radiazioni.
