חגורת הקרינה של כדור הארץ (ERB), או חגורת ואן אלן, היא האזור של החלל החיצון הקרוב ביותר ליד כוכב הלכת שלנו, שנראה כמו טבעת, שבה יש זרימות ענק של אלקטרונים ופרוטונים. כדור הארץ מחזיק אותם עם שדה מגנטי דיפול.
פתיחה
RPZ התגלה בשנים 1957-58. מדענים מארצות הברית וברית המועצות. אקספלורר 1 (בתמונה למטה), לוויין החלל האמריקאי הראשון ששוגר ב-1958, סיפק נתונים חשובים מאוד. הודות לניסוי על הסיפון שביצעו האמריקנים מעל פני כדור הארץ (בגובה של כ-1000 ק"מ), נמצאה חגורת קרינה (פנימית). מאוחר יותר, בגובה של כ-20,000 ק"מ, התגלה אזור שני כזה. אין גבול ברור בין החגורה הפנימית והחיצונית - הראשונה עוברת בהדרגה לשניה. שני אזורי הרדיואקטיביות הללו נבדלים זה מזה במידת המטען של החלקיקים ובהרכבם.
אזורים אלה נודעו בתור חגורות ואן אלן. ג'יימס ואן אלן הוא פיזיקאי שהניסוי שלו עזר להםלְגַלוֹת. מדענים מצאו כי חגורות אלו מורכבות מרוח השמש ומחלקיקים טעונים של קרניים קוסמיות, הנמשכות לכדור הארץ על ידי השדה המגנטי שלו. כל אחד מהם יוצר טורוס סביב הפלנטה שלנו (צורה הדומה לסופגנייה).
ניסויים רבים בוצעו בחלל מאז אותה תקופה. הם אפשרו ללמוד את התכונות והמאפיינים העיקריים של ה-RPZ. לא רק לכוכב שלנו יש חגורות קרינה. הם נמצאים גם בגרמי שמיים אחרים שיש להם אטמוספירה ושדה מגנטי. חגורת הקרינה של ואן אלן התגלתה הודות לחללית בין-כוכבית אמריקאית ליד מאדים. בנוסף, האמריקאים מצאו אותו ליד שבתאי וצדק.
שדה מגנטי דיפול
לכוכב שלנו יש לא רק את חגורת ואן אלן, אלא גם שדה מגנטי דיפול. זוהי קבוצה של קונכיות מגנטיות המקננות זו בתוך זו. המבנה של שדה זה דומה לראש כרוב או בצל. ניתן לדמיין את הקליפה המגנטית כמשטח סגור השזור מקווי כוח מגנטיים. ככל שהקליפה קרובה יותר למרכז הדיפול, כך עוצמת השדה המגנטי גדלה. בנוסף, גדל גם המומנטום הנדרש לחלקיק טעון לחדור אליו מבחוץ.
אז, לקליפה ה-N יש את מומנטום החלקיקים P . במקרה שבו התנע הראשוני של החלקיק אינו עולה על P , הוא משתקף על ידי השדה המגנטי. לאחר מכן, החלקיק חוזר לחלל החיצון. עם זאת, קורה גם שהוא מסתיים בקליפה Nth. במקרה הזההיא כבר לא מסוגלת לעזוב את זה. החלקיק הכלוא ייכלא עד שיתפוגג או יתנגש באטמוספרה השיורית ויאבד אנרגיה.
בשדה המגנטי של הפלנטה שלנו, אותה קליפה ממוקמת במרחקים שונים מפני השטח של כדור הארץ בקווי אורך שונים. זה נובע מחוסר ההתאמה בין ציר השדה המגנטי לציר הסיבוב של כוכב הלכת. אפקט זה נראה בצורה הטובה ביותר על פני האנומליה המגנטית הברזילאית. באזור זה, קווי כוח מגנטיים יורדים, וחלקיקים לכודים הנעים לאורכם עשויים להיות מתחת לגובה 100 ק מ, מה שאומר שהם ימותו באטמוספירה של כדור הארץ.
RPG הרכב
בתוך חגורת הקרינה, התפלגות הפרוטונים והאלקטרונים אינה זהה. הראשונים נמצאים בחלק הפנימי שלו, והשני - בחלקו החיצוני. לכן, בשלב מוקדם של המחקר, מדענים האמינו כי קיימות חגורות קרינה חיצוניות (אלקטרוניות) ופנימיות (פרוטון) של כדור הארץ. נכון לעכשיו, חוות דעת זו אינה רלוונטית יותר.
המנגנון המשמעותי ביותר ליצירת חלקיקים הממלאים את חגורת ואן אלן הוא ריקבון של נויטרונים אלבדו. יש לציין כי נויטרונים נוצרים כאשר האטמוספירה מקיימת אינטראקציה עם קרינה קוסמית. זרימת החלקיקים הללו הנעים בכיוון מהכוכב שלנו (נייטרונים אלבדו) עוברת דרך השדה המגנטי של כדור הארץ ללא הפרעה. עם זאת, הם אינם יציבים ומתפרקים בקלות לאלקטרונים, פרוטונים ואנטי-נייטרינו אלקטרונים. גרעיני אלבדו רדיואקטיביים, בעלי אנרגיה גבוהה, מתפוררים בתוך אזור הלכידה.כך מתמלאת חגורת ואן אלן בפוזיטרונים ואלקטרונים.
ERP וסערות מגנטיות
כאשר מתחילות סופות מגנטיות חזקות, החלקיקים האלה לא רק מאיצים, הם עוזבים את החגורה הרדיואקטיבית של ואן אלן ונשפכים ממנה. העובדה היא שאם תצורת השדה המגנטי משתנה, ניתן לטבול את נקודות המראה באטמוספירה. במקרה זה, החלקיקים, המאבדים אנרגיה (איבודי יינון, פיזור), משנים את זוויות הגובה שלהם ואז מתאבדים כשהם מגיעים לשכבות העליונות של המגנטוספרה.
RPZ וזוהר צפוני
חגורת הקרינה של ואן אלן מוקפת בשכבת פלזמה, שהיא זרם כלוא של פרוטונים (יונים) ואלקטרונים. אחת הסיבות לתופעה כמו האורות הצפוניים (הקוטביים) היא שהחלקיקים נושרים מתוך שכבת הפלזמה, וגם בחלקם מה-ERP החיצוני. זוהר זוהר הוא פליטת אטומים אטמוספריים, שמתרגשים עקב התנגשות עם חלקיקים שנפלו מהחגורה.
RPZ Research
כמעט כל התוצאות הבסיסיות של מחקרים על תצורות כגון חגורות קרינה התקבלו בסביבות שנות ה-60 וה-70. תצפיות אחרונות באמצעות תחנות מסלול, חלליות בין-כוכביות וציוד מדעי עדכני אפשרו למדענים להשיג מידע חדש וחשוב מאוד. חגורות ואן אלן מסביב לכדור הארץ ממשיכות להיחקר בזמננו. בואו נדבר בקצרה על ההישגים החשובים ביותר בתחום זה.
נתונים שהתקבלו מ-Salyut-6
חוקרים מ-MEPhI בתחילת שנות ה-80 של המאה הקודמתחקר את זרימות האלקטרונים עם רמת אנרגיה גבוהה בסביבה הקרובה של הפלנטה שלנו. לשם כך הם השתמשו בציוד שהיה בתחנת המסלול Salyut-6. זה אפשר למדענים לבודד ביעילות רבה את השטפים של פוזיטרונים ואלקטרונים, שהאנרגיה שלהם עולה על 40 MeV. מסלול התחנה (נטייה 52°, גובה כ-350-400 ק מ) עבר בעיקר מתחת לחגורת הקרינה של כוכב הלכת שלנו. עם זאת, הוא עדיין נגע בחלק הפנימי שלו באנומליה המגנטית הברזילאית. בחציית אזור זה נמצאו זרמים נייחים המורכבים מאלקטרונים עתירי אנרגיה. לפני הניסוי הזה, רק אלקטרונים נרשמו ב-ERP, שהאנרגיה שלו לא עלתה על 5 MeV.
נתונים מלוויינים מלאכותיים של סדרת "מטאור-3"
חוקרים מ-MEPhI ביצעו מדידות נוספות בלוויינים מלאכותיים של כוכב הלכת שלנו מסדרת Meteor-3, שבהם גובהם של מסלולים מעגליים היה 800 ו-1200 ק מ. הפעם המכשיר חדר עמוק מאוד לתוך ה-RPZ. הוא אישר את התוצאות שהתקבלו קודם לכן בתחנת Salyut-6. לאחר מכן השיגו החוקרים תוצאה חשובה נוספת על ידי שימוש בספקטרומטרים המגנטיים שהותקנו בתחנות Mir ו-Salyut-7. הוכח שהחגורה היציבה שהתגלתה בעבר מורכבת אך ורק מאלקטרונים (ללא פוזיטרונים), שהאנרגיה שלהם גבוהה מאוד (עד 200 MeV).
גילוי החגורה הנייחת של גרעיני CNO
קבוצת חוקרים מ-SNNP MSU בסוף שנות ה-80 ותחילת שנות ה-90 של המאה הקודמת ביצעה ניסוי שמטרתוחקר הגרעינים שנמצאים בחלל החיצון הקרוב ביותר. מדידות אלו בוצעו באמצעות תאים פרופורציונליים ואמולסיות צילום גרעיניות. הם בוצעו על לוויינים מסדרת קוסמוס. מדענים זיהו נוכחות של זרמים של גרעיני N, O ו-Ne באזור בחלל החיצון שבו חצה מסלולו של לוויין מלאכותי (נטייה של 52°, גובה של כ-400-500 ק מ) את האנומליה הברזילאית.
כפי שהראה הניתוח, הגרעינים הללו, שהאנרגיה שלהם הגיעה לכמה עשרות MeV/נוקלאון, לא היו ממקור גלקטי, אלבדו או שמש, מכיוון שהם לא יכלו לחדור עמוק לתוך המגנטוספירה של הפלנטה שלנו עם אנרגיה כזו. אז גילו מדענים את המרכיב החריג של הקרניים הקוסמיות, שנלכדו על ידי השדה המגנטי.
אטומים בעלי אנרגיה נמוכה בחומר בין-כוכבי מסוגלים לחדור להליוספירה. ואז הקרינה האולטרה סגולה של השמש מייננת אותם פעם או פעמיים. החלקיקים הטעונים המתקבלים מואצים על ידי חזיתות רוח השמש ומגיעים לכמה עשרות MeV/נוקלאון. לאחר מכן הם נכנסים למגנטוספירה, שם הם נלכדים ומיוננים במלואם.
חגורה קוויסטיציונית של פרוטונים ואלקטרונים
ב-22 במרץ 1991 התרחשה התלקחות עוצמתית על השמש, אשר לוותה בפליטה של מסה עצומה של חומר שמש. הוא הגיע למגנטוספירה ב-24 במרץ ושינה את האזור החיצוני שלו. חלקיקים של רוח השמש, שהייתה לה אנרגיה גבוהה, פרצו למגנטוספירה. הם הגיעו לאזור שבו נמצא אז CRESS, הלוויין האמריקאי. מותקן עליומכשירים רשמו עלייה חדה בפרוטונים, שהאנרגיה שלהם נעה בין 20 ל-110 MeV, כמו גם אלקטרונים חזקים (כ-15 MeV). זה הצביע על הופעתה של חגורה חדשה. ראשית, החגורה המעין נייחת נצפתה במספר חלליות. עם זאת, רק בתחנת מיר הוא למד במהלך כל חייו, שהם כשנתיים.
אגב, בשנות ה-60 של המאה הקודמת, כתוצאה מכך שמכשירים גרעיניים התפוצצו בחלל, הופיעה חגורה מעין נייחת, המורכבת מאלקטרונים בעלי אנרגיות נמוכות. זה נמשך כ-10 שנים. שברי הביקוע הרדיואקטיביים התפרקו, שהיה המקור לחלקיקים טעונים.
האם יש RPG על הירח
ללוויין של הפלנטה שלנו חסרה חגורת הקרינה של ואן אלן. בנוסף, אין לו אווירה מגינה. פני הירח חשופים לרוחות שמש. התלקחות סולארית חזקה, אם הייתה מתרחשת במהלך משלחת ירח, תשרוף גם את האסטרונאוטים וגם את הקפסולות, שכן ישתחרר זרם קרינה עצום, שהוא קטלני.
האם אפשר להגן על עצמך מפני קרינה קוסמית
שאלה זו עניינה מדענים במשך שנים רבות. במינונים קטנים, לקרינה, כידוע, אין כמעט השפעה על הבריאות שלנו. עם זאת, זה בטוח רק כאשר הוא לא חורג מסף מסוים. האם אתה יודע מה רמת הקרינה מחוץ לחגורת ואן אלן, על פני הכוכב שלנו? בדרך כלל תכולת חלקיקי הראדון והתוריום אינה עולה על 100 Bq ל-1 m3. בתוך ה-RPZהנתונים האלה הרבה יותר גבוהים.
כמובן, חגורות הקרינה של ואן אלן לנד מסוכנות מאוד לבני אדם. השפעתם על הגוף נחקרה על ידי חוקרים רבים. מדענים סובייטים ב-1963 אמרו לברנרד לאבל, אסטרונום בריטי ידוע, שהם לא מכירים אמצעי להגן על אדם מפני חשיפה לקרינה בחלל. משמעות הדבר היא שאפילו הפגזים עבי הקירות של המנגנונים הסובייטיים לא יכלו להתמודד עם זה. איך המתכת הדקה ביותר ששימשה בקפסולות אמריקאיות, כמעט כמו נייר כסף, הגנה על האסטרונאוטים?
לפי נאס א, היא שלחה אסטרונאוטים לירח רק כאשר לא היו צפויות התלקחויות, מה שהארגון מסוגל לחזות. זה מה שאפשר לצמצם את מפגע הקרינה למינימום. מומחים אחרים, לעומת זאת, טוענים שניתן לחזות באופן גס רק את התאריך של פליטות גדולות.
חגורת ואן אלן והטיסה לירח
ליאונוב, קוסמונאוט סובייטי, בכל זאת יצא לחלל החיצון ב-1966. עם זאת, הוא לבש חליפת עופרת כבדה במיוחד. ואחרי 3 שנים, אסטרונאוטים מארצות הברית קפצו על פני הירח, וברור שלא בחליפות חלל כבדות. אולי במהלך השנים הצליחו מומחי נאס א לגלות חומר קל במיוחד המגן באופן אמין על אסטרונאוטים מקרינה? הטיסה לירח עדיין מעלה שאלות רבות. אחד הטיעונים המרכזיים של מי שסבור שהאמריקאים לא נחתו עליו הוא קיומן של חגורות קרינה.
