Strålningsbälte

Strålningsbältet  är en region av magnetosfärerna på planeter , där laddade partiklar med hög energi (främst protoner och elektroner ) som har kommit in i magnetosfären ackumuleras och hålls kvar .

Jordens strålningsbälte

Ett annat namn (vanligtvis i västerländsk litteratur) är Van Allen strålningsbälte . 

Inuti magnetosfären, som i vilket dipolfält som helst, finns det områden som är otillgängliga för partiklar med en kinetisk energi E mindre än den kritiska. Samma partiklar med energi E < E cr , som redan finns där, kan inte lämna dessa regioner. Dessa förbjudna områden i magnetosfären kallas fångstzoner. Betydande flöden av fångade partiklar (främst protoner och elektroner) hålls verkligen kvar i infångningszonerna av jordens dipolfält (kvasi-dipol).

Strålningsbältet i den första approximationen är en toroid , där två områden särskiljs:

Höjden på strålningsbältets nedre gräns ändras på samma geografiska latitud i longituder på grund av lutningen av jordens magnetfältsaxel mot jordens rotationsaxel , och vid samma geografiska longitud ändras den i breddgrader på grund av sin egen form av strålningsbältet, på grund av olika höjd på kraftlinjerna för jordens magnetfält. Till exempel över Atlanten börjar ökningen av strålningsintensiteten på en höjd av 500 km och över Indonesien på en höjd av 1300 km. Om samma grafer konstrueras beroende på den magnetiska induktionen , kommer alla mätningar att passa på en kurva, vilket återigen bekräftar den magnetiska karaktären av partikelinfångning.

Mellan de inre och yttre strålningsbältena finns ett gap som ligger i intervallet från 2 till 3 jordradier . Flödena av partiklar i det yttre bältet är större än i det inre. Sammansättningen av partiklarna är också annorlunda: protoner och elektroner i det inre bältet, elektroner i det yttre. Användningen av oskärmade detektorer har kraftigt utökat kunskapen om strålningsbälten. Elektroner och protoner med energier på flera tiotals respektive hundratals kiloelektronvolt detekterades. Dessa partiklar har en väsentligt annorlunda rumslig fördelning (jämfört med penetrerande).

Den maximala intensiteten för lågenergiprotoner ligger på ett avstånd av cirka 3 radier från jorden från dess centrum (ungefär på en höjd av 12 500 km från ytan). Lågenergielektroner fyller hela fångstområdet. För dem finns det ingen uppdelning i inre och yttre bälten. Partiklar med energier på tiotals keV tillskrivs ovanligt kosmiska strålar , men strålningsbälten är ett enda fenomen och bör studeras i samband med partiklar av alla energier.

Protonflödet i det inre bältet är ganska stabilt över tiden. De första experimenten visade att högenergielektroner ( E > 1–5 MeV ) är koncentrerade i det yttre bältet. Elektroner med energier mindre än 1 MeV fyller nästan hela magnetosfären. Det inre bältet är mycket stabilt, medan det yttre upplever skarpa svängningar.

Upptäcktshistorik

Existensen av strålningsbältet upptäcktes först av den amerikanske vetenskapsmannen James Van Allen i februari 1958 när han analyserade data från den amerikanska Explorer 1 -satelliten och bevisade övertygande genom att registrera en periodiskt föränderlig strålningsnivå på en hel omloppsbana, speciellt modifierad av Van Allen för att studera det upptäckta fenomenet Explorer-satelliten. 3 ". Van Allens upptäckt tillkännagavs den 1 maj 1958 och fann snart oberoende bekräftelse i de sovjetiska Sputnik-3- data . En senare omanalys av data från den tidigare sovjetiska Sputnik 2 visade att strålningsbälten också registrerades av dess utrustning utformad för att analysera solaktivitet, men de konstiga avläsningarna av solsensorn kunde då inte ge den korrekta tolkningen. Frånvaron av inspelningsutrustning på Sputnik påverkade också den sovjetiska prioriteringen negativt (det fanns inte för Sputnik-2, men det gick sönder på Sputnik-3), på grund av vilket de erhållna uppgifterna visade sig vara fragmentariska och inte gav en fullständig bild av förändringen av strålning med höjd och närvaron i det nära-jordiska rymden av inte bara kosmisk strålning, utan ett karakteristiskt "bälte" som bara täcker vissa höjder. Den mer olika utrustningen av Sputnik-3 hjälpte dock till att klargöra "sammansättningen" av det inre bältet. I slutet av 1958 ledde analysen av data från Pioneer 3 och lite senare Luna 1 till upptäckten av att det fanns ett yttre strålningsbälte, och amerikanska kärnkraftsexplosioner på hög höjd visade att människor kan påverka jordens strålningsbälten. Analysen av dessa data ledde till den gradvisa bildningen, från mitten av 1959, av moderna idéer om existensen av två strålningsbälten runt jorden och mekanismerna för deras bildande.

Forskningshistoria

Den 30 augusti 2012 lanserades två identiska RBSP-sonder ( Radiation Belt Storm Probes ) från Cape Canaveral-kosmodromen med hjälp av en Atlas V 410-raket in i en mycket elliptisk bana med en apogeumhöjd på cirka 30 tusen kilometer , designade för att studera strålningsbälten . Därefter döptes de om till "Van Allen Probes" ( Van Allen Probes ). Två anordningar behövdes för att särskilja förändringarna i samband med övergången från ett område till ett annat, från de förändringar som inträffade i själva bältena [1] . Ett av de viktigaste resultaten av detta uppdrag var upptäckten av det tredje strålningsbältet, som dyker upp under en kort tid i storleksordningen flera veckor. Från och med oktober 2019 slutförde båda sonderna sitt arbete, den första den 19 juli, den andra den 18 oktober.

Strålningsbälten från planeter

På grund av närvaron av ett starkt magnetfält har de jättelika planeterna ( Jupiter , Saturnus , Uranus och Neptunus ) också starka strålningsbälten, som påminner om jordens yttre strålningsbälte . Sovjetiska och amerikanska rymdsonder har visat att Venus, Mars , Merkurius och Månen inte har strålningsbälten.

Forskningshistoria

Radioemission från Jupiters strålningsbälte upptäcktes först 1955 , men strålningens natur förblev då oklart. Direkta mätningar i Jupiters strålningsbälte gjordes först av rymdfarkosten Pioneer 10 , som passerade genom sitt tätaste område 1973 .

Implikationer för rymdresor

En rymdfarkost som rör sig bortom låg omloppsbana om jorden kommer in i strålningsbälten. Utanför bältena står den inför ytterligare strålningsrisker från kosmiska strålar och solprotonstormar . Området mellan de inre och yttre strålningsbältena, som ligger på ett avstånd av två till tre jordradier , kallas ibland "den säkra zonen" [2] [3] .

Strålning kan skada solpaneler , integrerade kretsar och sensorer . Dessutom skadas elektroniska komponenter på rymdfarkoster ibland av geomagnetiska stormar . För att säkerställa tillförlitlig drift på satelliter är det nödvändigt att använda strålningsbeständig elektronik . Men även om elektroniken inte misslyckas leder effekten av ökade strålningsnivåer på känsliga sensorer till felaktiga avläsningar. På grund av detta, i synnerhet, är det omöjligt att utföra observationer med Hubble-teleskopet när man passerar genom regionen av den brasilianska magnetiska anomalien [4] . En satellit skyddad av ett 3 mm tjockt aluminiumskikt i en elliptisk omloppsbana på 320 × 32 000 km som passerar genom strålningsbältena kommer att få cirka 2500 rem (25 Sv ) per år (som jämförelse är en dos på 5 Sv för hela kroppen dödlig ). I detta fall kommer nästan all strålning att tas emot när den passerar genom det inre bältet [5] .

För första gången korsade människor strålningsbältena under flygningarna under Apollo-programmet . Det var en av flera strålningsrisker som var kända vid tiden för flygförberedelserna [6] . Astronauter fick låga doser av strålning i strålningsbälten på grund av den korta flygtiden genom dem. Apollos flygvägar låg utanför området för den mest intensiva strålningen [7] [8] .

Det huvudsakliga bidraget till exponeringen av astronauter gjordes av solpartiklar i det ögonblick de befann sig utanför jordens magnetfält. Den totala absorberade dosen som astronauterna tog emot varierade från flygning till flygning och varierade från 0,16 till 1,14 rad (från 1,6 till 11,4 mSv ), vilket är mycket mindre än standarddosen på 5 rem (50 mSv ) per år, fastställd av US Atomic Energikommission för personer som arbetar med strålning [6] .

Anteckningar

  1. ↑ Lanseringen av RBSP- sonder har skjutits upp igen, denna gång på grund av dåligt väder Arkivexemplar av 27 november 2012 på Wayback Machine
  2. ↑ Jordens strålningsbälten med säker  zonomloppsbana . NASA/GSFC. Hämtad 27 april 2009. Arkiverad från originalet 22 november 2009.
  3. ↑ Weintraub, Rachel A. Jordens säkra zon blev varm zon under legendariska solstormar  . NASA/GSFC (15 december 2004). Hämtad 27 april 2009. Arkiverad från originalet 7 maj 2016.
  4. ↑ Donna Weaver. Hubble uppnår milstolpe: 100 000:e  exponeringen . Baltimore, MD: Space Telescope Science Institute (18 juli 1996). Hämtad 25 januari 2009. Arkiverad från originalet 25 juni 2016.
  5. ↑ Andy Ptak. Fråga en astrofysiker  (engelska)  (nedlänk) . NASA/GSFC (1997). Hämtad 11 juni 2006. Arkiverad från originalet 22 mars 2009.
  6. ↑ 1 2 J. Vernon Bailey. Strålskydd och instrumentering  . Biomedicinska resultat av Apollo . Hämtad 13 juni 2011. Arkiverad från originalet 4 juni 2011.
  7. ↑ Amy Shira Teitel. Apollo raket igenom Van Allen-  bälten . Populärvetenskap (19 september 2014). Hämtad 12 juni 2019. Arkiverad från originalet 17 juni 2019.
  8. ↑ W. David Woods. Hur Apollo flög till månen. — New York: Springer-Verlag , 2008. — ISBN 978-0-387-71675-6 .

Litteratur

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
I bibliografiska kataloger