Strålingsbæltet er et område af planeternes magnetosfærer , hvor højenergiladede partikler (hovedsageligt protoner og elektroner ) , der er trængt ind i magnetosfæren , akkumuleres og tilbageholdes .
Et andet navn (normalt i vestlig litteratur) er Van Allen strålingsbælte .
Inde i magnetosfæren, som i ethvert dipolfelt, er der områder, der er utilgængelige for partikler med en kinetisk energi E mindre end den kritiske. De samme partikler med energi E < E cr , som allerede er der, kan ikke forlade disse områder. Disse forbudte områder af magnetosfæren kaldes indfangningszoner. Betydelige fluxer af fangede partikler (primært protoner og elektroner) tilbageholdes faktisk i indfangningszonerne af Jordens dipolfelt (kvasi-dipol).
Strålingsbæltet i den første tilnærmelse er en toroid , hvor der skelnes mellem to områder:
Højden af strålingsbæltets nedre grænse ændres på samme geografiske breddegrad i længdegrader på grund af hældningen af Jordens magnetfeltakse til Jordens rotationsakse , og ved samme geografiske længde ændres den i breddegrader på grund af sin egen form på strålingsbæltet, på grund af forskellige højden af kraftlinjerne i Jordens magnetfelt. For eksempel over Atlanten begynder stigningen i strålingsintensitet i en højde af 500 km og over Indonesien i en højde af 1300 km. Hvis de samme grafer er konstrueret afhængigt af den magnetiske induktion , vil alle målinger passe på én kurve, hvilket endnu en gang bekræfter den magnetiske natur af partikelfangst.
Mellem de indre og ydre strålingsbælter er der et mellemrum i området fra 2 til 3 jordradier . Strømmen af partikler i det ydre bånd er større end i det indre. Sammensætningen af partiklerne er også anderledes: protoner og elektroner i det indre bælte, elektroner i det ydre. Brugen af uafskærmede detektorer har i høj grad udvidet viden om strålingsbælter. Der blev detekteret elektroner og protoner med energier på henholdsvis flere tiere og hundreder af kiloelektronvolt. Disse partikler har en væsentlig anderledes rumlig fordeling (sammenlignet med gennemtrængende).
Den maksimale intensitet af lavenergiprotoner er placeret i en afstand af omkring 3 radier af Jorden fra dens centrum (ca. i en højde af 12.500 km fra overfladen). Lavenergielektroner fylder hele indfangningsområdet. For dem er der ingen opdeling i indre og ydre bælter. Partikler med energier på snesevis af keV tilskrives usædvanligt kosmiske stråler , men strålingsbælter er et enkelt fænomen og bør studeres i forbindelse med partikler af alle energier.
Protonfluxen i det indre bælte er nogenlunde stabil over tid. De første forsøg viste, at højenergielektroner ( E > 1-5 MeV ) er koncentreret i det ydre bælte. Elektroner med energier mindre end 1 MeV fylder næsten hele magnetosfæren. Det indre bælte er meget stabilt, mens det ydre oplever skarpe udsving.
Eksistensen af strålingsbæltet blev først opdaget af den amerikanske videnskabsmand James Van Allen i februar 1958, da han analyserede data fra den amerikanske Explorer 1 -satellit og overbevisende bevist ved at optage et periodisk skiftende strålingsniveau på en fuld bane, specielt modificeret af Van Allen til at studere det opdagede fænomen med Explorer-satellitten. 3 ". Van Allens opdagelse blev annonceret den 1. maj 1958 og fandt snart uafhængig bekræftelse i de sovjetiske Sputnik-3- data . En senere genanalyse af data fra den tidligere sovjetiske Sputnik 2 viste, at strålingsbælterne også blev registreret af dets udstyr designet til at analysere solaktivitet, men de mærkelige aflæsninger af solsensoren var ikke dengang i stand til at give den korrekte fortolkning. Fraværet af optageudstyr på Sputnik påvirkede også den sovjetiske prioritet negativt (det var ikke forudsat på Sputnik-2, men det gik i stykker på Sputnik-3), på grund af hvilket de opnåede data viste sig at være fragmentariske og ikke gav en fuldstændig billede af ændringen af stråling med højde og tilstedeværelsen i det nær-jordiske rum af ikke bare kosmisk stråling, men et karakteristisk "bælte", der kun dækker bestemte højder. Det mere forskelligartede udstyr af Sputnik-3 hjalp dog med at tydeliggøre "sammensætningen" af det indre bælte. I slutningen af 1958 førte analysen af data fra Pioneer 3 og lidt senere Luna 1 til opdagelsen af eksistensen af et ydre strålingsbælte, og amerikanske atomeksplosioner i høj højde viste, at mennesker kan påvirke Jordens strålingsbælter. Analysen af disse data førte til den gradvise dannelse, fra midten af 1959, af moderne ideer om eksistensen af to strålingsbælter rundt om Jorden og mekanismerne for deres dannelse.
Den 30. august 2012 blev to identiske RBSP ( Radiation Belt Storm Probes )-sonder opsendt fra Cape Canaveral-kosmodromen ved hjælp af en Atlas V 410-raket ind i en meget elliptisk bane med en apogeum-højde på omkring 30 tusinde kilometer , designet til at studere strålingsbælterne . Efterfølgende blev de omdøbt til "Van Allen Probes" ( Van Allen Probes ). To enheder var nødvendige for at skelne de ændringer, der er forbundet med overgangen fra et område til et andet, fra de ændringer, der sker i selve bælterne [1] . Et af hovedresultaterne af denne mission var opdagelsen af det tredje strålingsbælte, som dukker op for en kort tid i størrelsesordenen flere uger. Fra oktober 2019 afsluttede begge sonder deres arbejde, den første den 19. juli, den anden den 18. oktober.
På grund af tilstedeværelsen af et stærkt magnetfelt har kæmpeplaneterne ( Jupiter , Saturn , Uranus og Neptun ) også stærke strålingsbælter, der minder om Jordens ydre strålingsbælte . Sovjetiske og amerikanske rumsonder har vist, at Venus, Mars , Merkur og Månen ikke har strålingsbælter.
Radioemission fra Jupiters strålingsbælte blev først opdaget i 1955 , men arten af strålingen forblev derefter uklar. Direkte målinger i Jupiters strålingsbælte blev først foretaget af Pioneer 10 - rumfartøjet , som passerede gennem sit tætteste område i 1973 .
Et rumfartøj, der bevæger sig ud over et lavt kredsløb om Jorden , kommer ind i strålingsbælterne. Uden for bælterne står den over for yderligere strålingsfarer fra kosmiske stråler og solprotonstorme . Området mellem de indre og ydre strålingsbælter, der ligger i en afstand af to til tre jordradier , kaldes undertiden "sikkerhedszonen" [2] [3] .
Stråling kan beskadige solpaneler , integrerede kredsløb og sensorer . Desuden bliver elektroniske komponenter på rumfartøjer nogle gange beskadiget af geomagnetiske storme . For at sikre pålidelig drift på satellitter er det nødvendigt at bruge strålingsbestandig elektronik . Men selvom elektronikken ikke svigter, fører effekten af øgede strålingsniveauer på følsomme sensorer til forkerte aflæsninger. Især på grund af dette er det umuligt at udføre observationer med Hubble-baneteleskopet , når man passerer gennem området for den brasilianske magnetiske anomali [4] . En satellit beskyttet af et 3 mm tykt aluminiumslag i en elliptisk bane på 320 × 32000 km, der passerer gennem strålingsbælterne, vil modtage omkring 2500 rem (25 Sv ) om året (til sammenligning er en dosis på 5 Sv for hele kroppen dødelig ). I dette tilfælde vil næsten al strålingen blive modtaget, når den passerer gennem det indre bælte [5] .
For første gang krydsede folk strålingsbælterne under flyvningerne under Apollo-programmet . Det var en af flere strålingsfarer kendt på tidspunktet for flyveforberedelserne [6] . Astronauter modtog lave doser af stråling i strålingsbælterne på grund af den korte flyvetid gennem dem. Apolloernes flyveveje lå uden for området for den mest intense stråling [7] [8] .
Hovedbidraget til eksponeringen af astronauter kom fra solpartikler i det øjeblik, de var uden for Jordens magnetfelt. Den samlede absorberede dosis modtaget af astronauter varierede fra flyvning til flyvning og varierede fra 0,16 til 1,14 rad (fra 1,6 til 11,4 mSv ), hvilket er meget mindre end standarddosis på 5 rem (50 mSv ) om året, fastsat af US Atomic Energikommission for personer, der arbejder med stråling [6] .
![]() | |
---|---|
I bibliografiske kataloger |
|