Dünya'nın Radyasyon Kuşağı (ERB) veya Van Allen kuşağı, gezegenimize yakın en yakın dış uzayın, içinde dev elektron ve proton akışlarının olduğu bir halkaya benzeyen bölgesidir. Dünya onları bir dipol manyetik alanla tutar.
Açılış
RPZ 1957-58'de keşfedildi. ABD ve SSCB'den bilim adamları. 1958'de fırlatılan ilk ABD uzay uydusu Explorer 1 (aşağıdaki resimde), çok önemli veriler sağlamıştır. Amerikalılar tarafından Dünya yüzeyinin üzerinde (yaklaşık 1000 km yükseklikte) gerçekleştirilen yerleşik bir deney sayesinde, bir radyasyon kuşağı (iç) bulundu. Daha sonra, yaklaşık 20.000 km yükseklikte, bu tür ikinci bir bölge keşfedildi. İç ve dış kayışlar arasında net bir sınır yoktur - ilki yavaş yavaş ikinciye geçer. Bu iki radyoaktivite bölgesi, parçacıkların yük dereceleri ve bileşimleri bakımından farklılık gösterir.
Bu alanlar Van Allen kuşakları olarak bilinir hale geldi. James Van Allen, deneyi onlara yardımcı olan bir fizikçidir.keşfetmek. Bilim adamları, bu kuşakların güneş rüzgarı ve manyetik alanı tarafından Dünya'ya çekilen yüklü kozmik ışın parçacıklarından oluştuğunu bulmuşlardır. Her biri gezegenimizin etrafında bir simit oluşturur (bir çöreğe benzeyen bir şekil).
O zamandan beri uzayda birçok deney yapıldı. RPZ'nin ana özelliklerini ve özelliklerini incelemeyi mümkün kıldılar. Sadece gezegenimizin radyasyon kuşakları yoktur. Ayrıca atmosferi ve manyetik alanı olan diğer gök cisimlerinde de bulunurlar. Van Allen Radyasyon Kuşağı, Mars yakınlarındaki ABD gezegenler arası uzay aracı sayesinde keşfedildi. Ayrıca Amerikalılar onu Satürn ve Jüpiter'in yakınında buldular.
Dipol manyetik alan
Gezegenimiz yalnızca Van Allen kuşağına değil, aynı zamanda bir dipol manyetik alanına da sahiptir. Birbirinin içine yerleştirilmiş bir dizi manyetik kabuktur. Bu tarlanın yapısı bir lahana veya soğan başını andırır. Manyetik kabuk, manyetik kuvvet çizgilerinden dokunmuş kapalı bir yüzey olarak hayal edilebilir. Kabuk dipolün merkezine ne kadar yakınsa, manyetik alan kuvveti o kadar büyük olur. Ek olarak, yüklü bir parçacığın dışarıdan içeri girmesi için gereken momentum da artar.
Yani, N'inci kabuk P parçacık momentumuna sahiptir. Parçacığın başlangıç momentumunun P değerini aşmaması durumunda, manyetik alan tarafından yansıtılır. Parçacık daha sonra uzaya geri döner. Ancak, Nth kabuğunda bittiği de olur. Bu durumdaartık ondan ayrılamaz. Yakalanan parçacık, dağılana veya kalan atmosferle çarpışana ve enerji kaybedene kadar hapsedilecektir.
Gezegenimizin manyetik alanında, aynı kabuk dünya yüzeyinden farklı mesafelerde, farklı boylamlarda bulunur. Bu, manyetik alanın ekseni ile gezegenin dönme ekseni arasındaki uyumsuzluktan kaynaklanmaktadır. Bu etki en iyi Brezilya Manyetik Anomalisi üzerinde görülür. Bu alanda, manyetik kuvvet çizgileri alçalır ve bunlar boyunca hareket eden hapsolmuş parçacıkların yüksekliği 100 km'nin altında olabilir, bu da dünya atmosferinde ölecekleri anlamına gelir.
RPG Kompozisyon
Radyasyon kuşağının içinde, protonların ve elektronların dağılımı aynı değildir. Birincisi iç kısmında, ikincisi - dış kısmında. Bu nedenle, çalışmanın erken bir aşamasında bilim adamları, Dünya'nın harici (elektronik) ve dahili (proton) radyasyon kuşakları olduğuna inanıyorlardı. Şu anda bu görüş artık alakalı değil.
Van Allen kuşağını dolduran parçacıkların üretilmesi için en önemli mekanizma, albedo nötronlarının bozunmasıdır. Atmosfer kozmik radyasyonla etkileşime girdiğinde nötronların oluştuğuna dikkat edilmelidir. Gezegenimizden (albedo nötronlar) gelen yönde hareket eden bu parçacıkların akışı, Dünya'nın manyetik alanından herhangi bir engel olmadan geçer. Bununla birlikte, kararsızdırlar ve elektronlara, protonlara ve elektron antinötrinolarına kolayca bozunurlar. Yüksek enerjiye sahip radyoaktif albedo çekirdekleri yakalama bölgesi içinde bozunur. Van Allen kuşağı bu şekilde pozitronlar ve elektronlarla doldurulur.
ERP ve manyetik fırtınalar
Güçlü manyetik fırtınalar başladığında, bu parçacıklar sadece hızlanmakla kalmaz, aynı zamanda Van Allen radyoaktif kuşağını terk ederler. Gerçek şu ki, manyetik alanın konfigürasyonu değişirse, ayna noktaları atmosfere daldırılabilir. Bu durumda parçacıklar enerji kaybederek (iyonizasyon kayıpları, saçılma) perde açılarını değiştirir ve manyetosferin üst katmanlarına ulaştıklarında yok olurlar.
RPZ ve kuzey ışıkları
Van Allen radyasyon kuşağı, hapsolmuş bir proton (iyon) ve elektron akışı olan bir plazma tabakası ile çevrilidir. Kuzey (kutup) ışıkları gibi bir fenomenin nedenlerinden biri, parçacıkların plazma katmanından ve ayrıca kısmen dış ERP'den düşmesidir. Aurora borealis, kuşaktan düşen parçacıklarla çarpışma nedeniyle heyecanlanan atmosferik atomların emisyonudur.
RPZ Araştırması
Radyasyon kuşakları gibi oluşumlarla ilgili çalışmaların neredeyse tüm temel sonuçları 1960'lar ve 70'ler civarında elde edildi. Yörünge istasyonlarını, gezegenler arası uzay aracını ve en son bilimsel ekipmanları kullanan son gözlemler, bilim adamlarının çok önemli yeni bilgiler elde etmelerini sağladı. Dünya çevresindeki Van Allen kuşakları zamanımızda incelenmeye devam ediyor. Bu alandaki en önemli başarılardan kısaca bahsedelim.
Salyut-6
'dan alınan veriler
Geçen yüzyılın 80'li yıllarının başlarında MEPhI'den araştırmacılargezegenimizin yakın çevresinde yüksek düzeyde enerjiye sahip elektron akışlarını araştırdı. Bunu yapmak için Salyut-6 yörünge istasyonunda bulunan ekipmanı kullandılar. Bilim adamlarının, enerjisi 40 MeV'yi aşan pozitronların ve elektronların akışlarını çok etkili bir şekilde izole etmelerine izin verdi. İstasyonun yörüngesi (eğim 52°, yükseklik yaklaşık 350-400 km) esas olarak gezegenimizin radyasyon kuşağının altından geçti. Ancak yine de Brezilya Manyetik Anomalisinde iç kısmına dokundu. Bu bölgeyi geçerken, yüksek enerjili elektronlardan oluşan sabit akışlar bulundu. Bu deneyden önce, enerjisi 5 MeV'yi aşmayan ERP'ye yalnızca elektronlar kaydedildi.
"Meteor-3" serisinin yapay uydularından alınan veriler
MEPhI'den araştırmacılar, dairesel yörüngelerin yüksekliğinin 800 ve 1200 km olduğu Meteor-3 serisi gezegenimizin yapay uyduları üzerinde daha fazla ölçüm yaptı. Bu sefer cihaz RPZ'ye çok derinden nüfuz etti. Salyut-6 istasyonunda daha önce elde edilen sonuçları doğruladı. Ardından araştırmacılar, Mir ve Salyut-7 istasyonlarına kurulan manyetik spektrometreleri kullanarak önemli bir sonuca daha ulaştılar. Daha önce keşfedilen kararlı kuşağın yalnızca enerjisi çok yüksek olan (200 MeV'ye kadar) elektronlardan (pozitronlar olmadan) oluştuğu kanıtlanmıştır.
CNO çekirdeklerinin sabit kuşağının keşfi
Geçen yüzyılın 80'lerin sonlarında ve 90'ların başlarında SNNP MSU'dan bir grup araştırmacı,en yakın dış uzayda bulunan çekirdeklerin incelenmesi. Bu ölçümler orantılı odalar ve nükleer fotoğraf emülsiyonları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Kosmos serisinin uydularında yapıldılar. Bilim adamları, yapay bir uydunun yörüngesinin (52 ° eğim, yaklaşık 400-500 km yükseklik) Brezilya anomalisini geçtiği bir uzay bölgesinde N, O ve Ne çekirdeği akışlarının varlığını tespit ettiler.
Analizin gösterdiği gibi, enerjisi onlarca MeV/nükleona ulaşan bu çekirdekler galaktik, albedo veya güneş kaynaklı değildi, çünkü böyle bir enerjiyle gezegenimizin manyetosferine derinlemesine nüfuz edemediler. Böylece bilim adamları, manyetik alan tarafından yakalanan kozmik ışınların anormal bileşenini keşfettiler.
Yıldızlararası maddedeki düşük enerjili atomlar heliosfere nüfuz edebilir. Daha sonra Güneş'in ultraviyole radyasyonu onları bir veya iki kez iyonize eder. Ortaya çıkan yüklü parçacıklar, güneş rüzgarı cepheleri tarafından hızlandırılır ve onlarca MeV/nükleona ulaşır. Daha sonra yakalandıkları ve tamamen iyonize oldukları manyetosfere girerler.
Proton ve elektronlardan oluşan yarı durağan kuşağı
22 Mart 1991'de Güneş'te güçlü bir parlama meydana geldi ve buna büyük miktarda güneş maddesinin fırlatılması eşlik etti. 24 Mart'ta manyetosfere ulaştı ve dış bölgesini değiştirdi. Yüksek enerjili güneş rüzgarının parçacıkları manyetosfere doğru patladı. Daha sonra Amerikan uydusu CRESS'in bulunduğu bölgeye ulaştılar. üzerine kuruluenstrümanlar, enerjisi 20 ila 110 MeV arasında değişen protonların yanı sıra güçlü elektronlarda (yaklaşık 15 MeV) keskin bir artış kaydetti. Bu, yeni bir kayışın ortaya çıktığını gösterdi. İlk olarak, bir dizi uzay aracında yarı-sabit kuşak gözlemlendi. Ancak, yalnızca Mir istasyonunda, yaklaşık iki yıl olan tüm ömrü boyunca incelendi.
Bu arada, geçen yüzyılın 60'larında, nükleer cihazların uzayda patlaması sonucunda, düşük enerjili elektronlardan oluşan yarı-sabit bir kuşak ortaya çıktı. Yaklaşık 10 yıl sürmüştür. Yüklü parçacıkların kaynağı olan fisyonun radyoaktif parçaları bozundu.
Ay'da RPG var mı
Gezegenimizin uydusu Van Allen radyasyon kuşağından yoksundur. Ayrıca koruyucu bir atmosfere sahip değildir. Ayın yüzeyi güneş rüzgarlarına maruz kalır. Güçlü bir güneş patlaması, bir ay gezisi sırasında meydana gelirse, hem astronotları hem de kapsülleri yakar, çünkü salınacak ve ölümcül olan devasa bir radyasyon akışı olur.
Kendinizi kozmik radyasyondan korumak mümkün mü
Bu soru uzun yıllardır bilim insanlarının ilgisini çekiyor. Küçük dozlarda radyasyon, bildiğiniz gibi, sağlığımız üzerinde pratik olarak hiçbir etkisi yoktur. Ancak, yalnızca belirli bir eşiği geçmediğinde güvenlidir. Van Allen kuşağının dışında gezegenimizin yüzeyindeki radyasyon seviyesinin ne olduğunu biliyor musunuz? Genellikle radon ve toryum parçacıklarının içeriği 1 m3 başına 100 Bq'yi geçmez. RPZ'nin içindebu rakamlar çok daha yüksek.
Elbette, Van Allen Land'in radyasyon kuşakları insanlar için çok tehlikelidir. Vücut üzerindeki etkileri birçok araştırmacı tarafından incelenmiştir. 1963'te Sovyet bilim adamları, tanınmış bir İngiliz astronom olan Bernard Lovell'e, bir kişiyi uzayda radyasyona maruz kalmaktan korumanın bir yolunu bilmediklerini söylediler. Bu, Sovyet aparatlarının kalın duvarlı kabuklarının bile onunla baş edemediği anlamına geliyordu. Amerikan kapsüllerinde kullanılan en ince metal, neredeyse folyo gibi, astronotları nasıl korudu?
NASA'ya göre, astronotları aya yalnızca herhangi bir işaret fişeği beklenmediğinde gönderdi, ki bu da organizasyonun tahmin edebildiği. Radyasyon tehlikesini en aza indirmeyi mümkün kılan şey budur. Ancak diğer uzmanlar, büyük emisyonların tarihinin yalnızca kabaca tahmin edilebileceğini savunuyorlar.
Van Allen kuşağı ve aya uçuş
Leonov, bir Sovyet kozmonotu, yine de 1966'da uzaya gitti. Ancak, süper ağır bir kurşun takım giyiyordu. Ve 3 yıl sonra, Amerika Birleşik Devletleri'nden astronotlar ay yüzeyine atladılar ve açıkçası ağır uzay giysilerinde değillerdi. Belki de yıllar içinde, NASA uzmanları astronotları radyasyondan güvenilir bir şekilde koruyan ultra hafif bir malzeme keşfetmeyi başardılar? Ay'a uçuş hala birçok soruyu gündeme getiriyor. Amerikalıların üzerine inmediğine inananların temel argümanlarından biri radyasyon kuşaklarının varlığıdır.
