Van Allen radyasyon kuşağı. Astronotların dünyanın radyasyon kuşağı boyunca başarılı uçuşunun sebepleri şöyle:

Dünyanın radyasyon kuşağı

Diğer bir adı (genellikle Batı literatüründe) “Van Allen radyasyon kuşağı”dır.

Manyetosferin içinde, herhangi bir dipol alanında olduğu gibi, kinetik enerjiye sahip parçacıkların erişemeyeceği alanlar vardır. e, kritikten daha az. Enerjili aynı parçacıklar e < e Zaten orada bulunan kr bu bölgeleri terk edemez. Manyetosferin bu yasak bölgelerine yakalama bölgeleri denir. Dünyanın dipol (yarı-dipol) alanının yakalama bölgelerinde, yakalanan parçacıkların (öncelikle protonlar ve elektronlar) önemli akışları gerçekten de tutulur.

Dünyanın radyasyon kuşağı (iç) Sovyet bilim adamları S.N. Vernov ve A.E. Chudakov'un yanı sıra Amerikalı bilim adamı James Van Allen tarafından tahmin edildi. Radyasyon kuşağının varlığı, 1957'de fırlatılan Sputnik 2 ve 1958'de fırlatılan Explorer 1'deki ölçümlerle kanıtlandı. İlk yaklaşıma göre radyasyon kuşağı, iki bölgenin ayırt edildiği bir toroiddir:

• ≈ 4000 km yükseklikte, ağırlıklı olarak onlarca MeV enerjili protonlardan oluşan bir iç radyasyon kuşağı;
• ≈ 17.000 km yükseklikte, ağırlıklı olarak onlarca keV düzeyinde enerjiye sahip elektronlardan oluşan dış radyasyon kuşağı.

Radyasyon kuşağının alt sınırının yüksekliği, Dünya'nın manyetik alanı ekseninin Dünya'nın dönme eksenine eğimi nedeniyle aynı coğrafi enlemde boylamda değişir ve aynı coğrafi boylamda enlemde değişir. Dünyanın manyetik alan çizgilerinin farklı yükseklikleri nedeniyle radyasyon kuşağının kendi şekli. Örneğin Atlantik üzerinde radyasyon yoğunluğundaki artış 500 km yükseklikte, Endonezya üzerinde ise 1300 km yükseklikte başlıyor. Eğer aynı grafikler manyetik indüksiyonun bir fonksiyonu olarak çizilirse, o zaman tüm ölçümler tek bir eğriye sığacaktır, bu da parçacık yakalamanın manyetik doğasını bir kez daha doğrulamaktadır.

İç ve dış radyasyon kuşakları arasında 2 ila 3 Dünya yarıçapı aralığında yer alan bir boşluk vardır. Dış kayıştaki parçacık akıları iç kayıştan daha fazladır. Parçacıkların bileşimi de farklıdır: iç kuşakta protonlar ve elektronlar vardır, dış kuşakta ise elektronlar vardır. Korumasız dedektörlerin kullanımı, radyasyon kuşakları hakkındaki bilgileri önemli ölçüde genişletti. Enerjileri sırasıyla onlarca ve yüzlerce kiloelektronvolt olan elektronlar ve protonlar keşfedildi. Bu parçacıklar önemli ölçüde farklı bir uzaysal dağılıma sahiptir (nüfuz edenlerle karşılaştırıldığında).

Düşük enerjili protonların maksimum yoğunluğu, merkezinden yaklaşık 3 Dünya yarıçapı uzaklıkta bulunur. Düşük enerjili elektronlar yakalama bölgesinin tamamını doldurur. Onlar için iç ve dış kayışlara bölünme yoktur. Onlarca keV enerjiye sahip parçacıkları kozmik ışınlar olarak sınıflandırmak alışılmadık bir durumdur, ancak radyasyon kuşakları tek bir olgudur ve tüm enerjilerdeki parçacıklarla birlikte incelenmelidir.

İç kuşaktaki proton akışı zaman içinde oldukça kararlıdır. İlk deneyler yüksek enerjili elektronların ( e> 1-5 MeV) dış kuşakta yoğunlaşmıştır. Enerjileri 1 MeV'den düşük olan elektronlar neredeyse manyetosferin tamamını doldurur. İç kuşak oldukça stabildir, dış kuşakta ise keskin dalgalanmalar yaşanır.

Gezegenlerin radyasyon kuşakları

Güçlü bir manyetik alanın varlığı nedeniyle dev gezegenler (Jüpiter, Satürn, Uranüs ve Neptün) aynı zamanda dış radyasyon kuşağını anımsatan güçlü radyasyon kuşaklarına sahiptir.

Daha önce de belirtildiği gibi, Amerikalılar uzay programlarına başlar başlamaz bilim adamları James Van Allen oldukça önemli bir keşifte bulundu. Yörüngeye fırlattıkları ilk Amerikan yapay uydusu Sovyet uydusundan çok daha küçüktü ama Van Allen ona bir Geiger sayacı takmayı düşündü. Böylece 19. yüzyılın sonlarında dile getirilenler resmen doğrulanmış oldu. seçkin bilim adamı Nikola Tesla, Dünya'nın yoğun bir radyasyon kuşağıyla çevrili olduğunu varsaydı.

Astronot William Anders'in Dünya'nın fotoğrafı

Apollo 8 misyonu sırasında (NASA arşivleri)

Ancak Tesla, akademik bilim tarafından büyük bir eksantrik ve hatta deli olarak görülüyordu, bu nedenle Güneş'in ürettiği devasa elektrik yükü hakkındaki hipotezleri uzun süre rafa kaldırıldı ve "güneş rüzgarı" terimi gülümsemelerden başka bir şeye neden olmadı. . Ancak Van Allen sayesinde Tesla'nın teorileri yeniden canlandırıldı. Van Allen ve diğer bazı araştırmacıların teşvikiyle, uzaydaki radyasyon kuşaklarının Dünya yüzeyinden 800 km yukarıda başladığı ve 24.000 km'ye kadar uzandığı tespit edildi. Buradaki radyasyon seviyesi az çok sabit olduğundan, gelen radyasyonun yaklaşık olarak çıkan radyasyona eşit olması gerekir. Aksi takdirde, ya Dünya'yı bir fırında olduğu gibi "pişirene" kadar birikecek ya da kuruyacaktır. Bu vesileyle Van Allen şunları yazdı: “Radyasyon kuşakları, sürekli olarak Güneş'ten doldurulan ve atmosfere akan, sızdıran bir gemiye benzetilebilir. Güneş parçacıklarının büyük bir kısmı gemiden taşar ve özellikle kutup bölgelerinde sıçrayarak kutup ışıklarına, manyetik fırtınalara ve diğer benzer olaylara yol açar.

Van Allen kuşaklarından gelen radyasyon güneş rüzgârına bağlıdır. Ayrıca bu radyasyonu kendi içlerinde odaklıyor veya yoğunlaştırıyor gibi görünüyorlar. Ancak yalnızca doğrudan Güneş'ten gelenleri kendi içlerinde yoğunlaştırabildikleri için bir soru daha cevapsız kalıyor: Evrenin geri kalanında ne kadar radyasyon var?

Ekzosferdeki atmosferik parçacıkların yörüngeleri(dic.academic.ru)

Ay'da Van Allen kuşakları yoktur. Ayrıca koruyucu bir atmosferi de yok. Tüm güneş rüzgarlarına açıktır. Ay seferi sırasında güçlü bir güneş patlaması meydana gelmiş olsaydı, devasa bir radyasyon akışı hem kapsülleri hem de astronotları ay yüzeyinin günlerini geçirdikleri kısmında yakıp kül ederdi. Bu radyasyon sadece tehlikeli değil aynı zamanda ölümcül!

1963 yılında Sovyet bilim adamları, ünlü İngiliz gökbilimci Bernard Lovell'e, astronotları kozmik radyasyonun ölümcül etkilerinden korumanın bir yolunu bilmediklerini söyledi. Bu, Rus cihazlarının çok daha kalın metal kabuklarının bile radyasyonla baş edemeyeceği anlamına geliyordu. Amerikan kapsüllerinde kullanılan en ince (neredeyse folyoya benzer) metal astronotları nasıl koruyabilir? NASA bunun imkansız olduğunu biliyordu. Uzay maymunları geri döndükten 10 gün sonra öldüler ama NASA bize onların ölümünün gerçek nedenini hiçbir zaman söylemedi.

Maymun-astronot (RGANT arşivi)

Çoğu insan, hatta uzay konusunda bilgili olanlar bile, uzaya yayılan ölümcül radyasyonun varlığından haberdar değil. Garip bir şekilde (veya belki de sadece tahmin edilebilecek nedenlerden dolayı), Amerikan "Uzay Teknolojisi Resimli Ansiklopedisi" nde "kozmik radyasyon" ifadesi bir kez bile geçmiyor. Ve genel olarak Amerikalı araştırmacılar (özellikle NASA ile ilişkili olanlar) bu konudan bir mil öteden kaçınıyorlar.

Bu arada Lovell, kozmik radyasyonun farkında olan Rus meslektaşlarıyla konuştuktan sonra elindeki bilgiyi NASA yöneticisi Hugh Dryden'a gönderdi, ancak o bunu görmezden geldi.

Ay'ı ziyaret ettiği iddia edilen astronotlardan Collins, kitabında kozmik radyasyondan yalnızca iki kez bahsetmiştir:

"En azından Ay, Dünya'nın Van Allen kuşağının çok ötesindeydi; bu da oraya gidenler için iyi dozda radyasyon, orada kalanlar içinse öldürücü doz anlamına geliyordu."

"Bu nedenle, Dünya'yı çevreleyen Van Allen radyasyon kuşakları ve güneş patlamaları olasılığı, mürettebatın artan dozda radyasyona maruz kalmasını önlemek için anlayış ve hazırlık gerektirir."

Peki “anlamak ve hazırlanmak” ne anlama geliyor? Bu, Van Allen kuşaklarının ötesinde uzayın geri kalan kısmının radyasyondan arınmış olduğu anlamına mı geliyor? Yoksa NASA'nın keşif gezisine ilişkin son kararı verdikten sonra güneş patlamalarından korunmak için gizli bir stratejisi mi vardı?

NASA, güneş patlamalarını basitçe tahmin edebildiğini iddia etti ve bu nedenle, patlamaların beklenmediği ve onlar için radyasyon tehlikesinin minimum olduğu zamanlarda astronotları Ay'a gönderdi.

Armstrong ve Aldrin uzayda çalışırken

Ayın yüzeyinde Michael Collins

yörüngeye yerleştirildi (NASA arşivi)

Ancak diğer uzmanlar şöyle diyor: "Gelecekteki maksimum radyasyonun yaklaşık tarihini ve yoğunluğunu tahmin etmek mümkündür."

Sovyet kozmonot Leonov yine de 1966'da süper ağır bir kurşun elbiseyle uzaya gitti. Ancak sadece üç yıl sonra, Amerikalı astronotlar Ay'ın yüzeyine süper ağır uzay kıyafetleriyle değil, tam tersi şekilde atladılar! Belki yıllar geçtikçe NASA uzmanları radyasyona karşı güvenilir bir şekilde koruma sağlayan bir tür ultra hafif malzeme bulmayı başardılar?

Ancak araştırmacılar aniden en azından Apollo 10, Apollo 11 ve Apollo 12'nin tam olarak güneş lekelerinin sayısının ve buna karşılık gelen güneş aktivitesinin maksimuma yaklaştığı dönemlerde yola çıktığını keşfettiler. Genel olarak kabul edilen teorik maksimum güneş döngüsü 20, Aralık 1968'den Aralık 1969'a kadar sürdü. Bu dönemde Apollo 8, Apollo 9, Apollo 10, Apollo 11 ve Apollo 12 misyonlarının Van Allen kuşaklarının koruma bölgesinin ötesine geçerek cislunar uzaya girdiği iddia ediliyor.

Aylık grafiklerin daha ayrıntılı incelenmesi, tekli güneş patlamalarının 11 yıllık bir döngü boyunca kendiliğinden meydana gelen rastgele bir olay olduğunu gösterdi. Aynı zamanda döngünün "düşük" döneminde kısa bir süre içinde çok sayıda salgın meydana gelir ve "yüksek" dönemde çok az sayıda salgın meydana gelir. Ancak önemli olan döngünün herhangi bir anında çok güçlü salgınların meydana gelebilmesidir.

Apollo döneminde Amerikalı astronotlar uzayda toplam 90 güne yakın zaman geçirdiler. Öngörülemeyen güneş patlamalarından kaynaklanan radyasyon Dünya'ya veya Ay'a 15 dakikadan daha kısa bir sürede ulaştığından, bundan korunmanın tek yolu kurşun kaplar kullanmak olacaktır. Ancak roketin gücü bu kadar fazla ağırlığı kaldırmaya yetiyorsa, neden 0,34 atmosfer basınçta minik kapsüller (kelimenin tam anlamıyla 0,1 mm alüminyum) içinde uzaya gitmek gerekliydi?

Bu, Apollo 11 mürettebatına göre "mylar" adı verilen ince bir koruyucu kaplama tabakasının bile o kadar ağır olduğu ortaya çıktı ki, ay modülünden acilen çıkarılması gerekmesine rağmen!

Görünüşe göre NASA, ay keşifleri için, koşullara göre ayarlanmış olsa da, çelikten değil kurşundan yapılmış özel adamlar seçmiş. Sorunun Amerikalı araştırmacısı Ralph Rene, tamamlandığı iddia edilen ay keşiflerinin her birinin güneş aktivitesinden ne sıklıkla etkilendiğini hesaplayacak kadar tembel değildi.

Bu arada, NASA'nın yetkili çalışanlarından biri (bu arada seçkin fizikçi) Bill Modlin, "Yıldızlararası Seyahat Beklentileri" adlı çalışmasında açıkça şunları bildirdi: "Güneş patlamaları, çoğu kozmik patlamayla aynı enerji aralığında GeV protonları yayabilir. parçacıklar, ancak çok daha yoğun. Artan radyasyonla enerjilerinin artması özel bir tehlike oluşturur, çünkü GeV protonları birkaç metrelik malzemeye nüfuz eder... Proton emisyonu ile güneş (veya yıldız) patlamaları, gezegenler arası uzayda periyodik olarak meydana gelen ve radyasyon sağlayan çok ciddi bir tehlikedir. Güneş'ten Dünya'ya kadar olan mesafede birkaç saat içinde yüzbinlerce röntgen dozu. Bu doz öldürücüdür ve izin verilenin milyonlarca katıdır. Kısa sürede 500 röntgenden sonra ölüm gerçekleşebilir.”

Evet, cesur Amerikalılar o zaman dördüncü Çernobil güç ünitesinden daha kötü parlamak zorunda kaldı. "Kozmik parçacıklar tehlikelidir, her yönden gelirler ve herhangi bir canlı organizmanın etrafında en az iki metrelik yoğun bir koruma gerektirirler." Ancak NASA'nın bugüne kadar gösterdiği uzay kapsüllerinin çapı 4 metrenin biraz üzerindeydi. Modlin'in önerdiği duvarların kalınlığı ile astronotlar, herhangi bir ekipmana sahip olmasalar bile, bu tür kapsülleri kaldırmak için yeterli yakıtın olmayacağı gerçeğinden bahsetmeye bile gerek yok, bunlara sığmazlardı. Ama açıkçası ne NASA'nın yöneticileri ne de Ay'a gönderdikleri astronotlar meslektaşlarının kitaplarını okumadılar ve ne mutlu ki habersiz olarak yıldızlara giden yoldaki tüm dikenleri yendiler.

Bununla birlikte, belki NASA, radyasyona karşı koruma sağlayan (belli ki çok gizli) ultra hafif malzeme kullanarak onlar için gerçekten bir tür ultra güvenilir uzay giysisi geliştirmiştir? Peki neden başka hiçbir yerde, dedikleri gibi, barışçıl amaçlarla kullanılmadı? Tamam, SSCB'ye Çernobil konusunda yardım etmek istemediler: sonuçta perestroyka henüz başlamamıştı. Ancak örneğin 1979'da aynı ABD'de Three Mile Island nükleer santralinde reaktör çekirdeğinin erimesine yol açan büyük bir reaktör ünitesi kazası meydana geldi. Peki Amerikalı tasfiyeciler neden kendi bölgelerindeki bu saatli atom bombasını ortadan kaldırmak için maliyeti 7 milyon dolardan az olmayan, çokça reklamı yapılan NASA teknolojisine dayanan uzay giysilerini kullanmadılar?..

Dünya'nın Radyasyon Kuşağı (ERB) veya Van Allen Kuşağı, gezegenimize en yakın dış uzayda bulunan, halka şeklinde, dev elektron ve proton akışlarının olduğu bir bölgedir. Dünya onları çift kutuplu bir 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 resim) çok önemli veriler sağladı. Amerikalılar tarafından Dünya yüzeyinin üzerinde (yaklaşık 1000 km yükseklikte) yapılan yerleşik bir deney sayesinde bir radyasyon kuşağı (iç) bulundu. Daha sonra yaklaşık 20.000 km yükseklikte böyle ikinci bir bölge keşfedildi. İç ve dış kuşaklar arasında net bir sınır yoktur - birincisi yavaş yavaş ikinciye dönüşür. Bu iki radyoaktivite bölgesi, parçacıkların yük derecesi ve bileşimleri bakımından farklılık gösterir.

Bu alanlar Van Allen kuşakları olarak bilinmeye başlandı. James Van Allen, deneyleriyle bunların keşfedilmesine yardımcı olan bir fizikçidir. Bilim insanları, bu kuşakların, Dünya'nın manyetik alanı tarafından çekilen güneş rüzgârı ve yüklü kozmik ışın parçacıklarından oluştuğunu buldu. Her biri gezegenimizin etrafında bir torus (çörek şeklinde bir figür) oluşturur.

O zamandan beri uzayda birçok deney yapıldı. ERP'nin temel özelliklerini ve özelliklerini incelemeyi mümkün kıldılar. Radyasyon kuşakları sadece gezegenimizde yok. Ayrıca atmosferi ve manyetik alanı olan diğer gök cisimlerinde de bulunurlar. Van Allen radyasyon kuşağı, Mars yakınlarında ABD uzay aracı tarafından keşfedildi. Ayrıca Amerikalılar onu Satürn ve Jüpiter'in yakınında buldular.

Dipol manyetik alan

Gezegenimiz sadece Van Allen kuşağına değil aynı zamanda dipol manyetik alana da sahiptir. Birbirinin içine yerleştirilmiş bir dizi manyetik kabuktur. Bu tarlanın yapısı bir lahana başını veya soğanı andırıyor. Manyetik kabuk, manyetik kuvvet çizgilerinden örülmüş kapalı bir yüzey olarak düşünülebilir. Kabuk dipolün merkezine ne kadar yakınsa, manyetik alan kuvveti de o kadar büyük olur. Ayrıca yüklü bir parçacığın dışarıdan nüfuz etmesi için gereken momentum da artar.

Yani N'inci kabukta Pn var. Parçacığın başlangıç ​​momentumunun Pn'yi aşmaması durumunda manyetik alan tarafından yansıtılır. Parçacık daha sonra uzaya geri döner. Ancak aynı zamanda N'inci kabukta da bitiyor. Bu durumda artık onu bırakamaz. Yakalanan parçacık dağılıncaya veya kalan atmosferle çarpışıp enerji kaybedene kadar sıkışıp kalacaktır.

Gezegenimizde aynı kabuk, farklı boylamlarda, dünya yüzeyinden farklı mesafelerde bulunur. Bu, manyetik alan ekseninin gezegenin dönme ekseni ile uyumsuzluğundan kaynaklanmaktadır. Bu etki en çok Brezilya manyetik anomalisinde fark edilir. Bu bölgede manyetik alan çizgileri alçalmakta ve bu çizgiler boyunca hareket eden yakalanan parçacıklar 100 km'nin altına düşerek dünya atmosferinde ölebilmektedir.

RPZ'nin bileşimi

Radyasyon kuşağı içerisinde proton ve elektronların dağılımı eşit değildir. Birincisi iç kısmında, ikincisi ise dış kısmında bulunur. Bu nedenle, araştırmanın erken bir aşamasında bilim adamları, Dünya'nın dış (elektronik) ve iç (proton) radyasyon kuşaklarının olduğuna inanıyorlardı. Şu anda bu görüş artık geçerli değil.

Van Allen Kuşağı'nı dolduran parçacıkların üretilmesindeki en önemli mekanizma albedo nötronlarının bozunmasıdır. Nötronların, gezegenimizden uzaklaşan bu parçacıkların (albedo nötronlar) akışıyla atmosferin etkileşime girerek Dünya'nın manyetik alanından engellenmeden geçmesiyle oluştuğunu belirtmek gerekir. Ancak kararsızdırlar ve kolayca elektronlara, protonlara ve elektron antinötrinolarına bozunurlar. Yüksek enerjiye sahip radyoaktif albedo çekirdekleri, yakalama bölgesi içinde bozunur. Van Allen Kuşağı bu şekilde pozitronlar ve elektronlarla dolduruluyor.

ERP ve manyetik fırtınalar

Güçlenmeye başladıklarında, bu parçacıklar sadece hızlanmakla kalmıyor, aynı zamanda Van Allen radyoaktif kuşağını terk ederek dışarı saçılıyorlar. Gerçek şu ki, manyetik alanın konfigürasyonu değişirse ayna noktaları atmosfere daldırılabilir. Bu durumda parçacıklar enerji kaybederek (iyonlaşma kayıpları, saçılma), eğim açılarını değiştirir ve manyetosferin üst katmanlarına ulaştıklarında ölürler.

RPZ ve Kuzey Işıkları

Van Allen radyasyon kuşağı, protonların (iyonların) ve elektronların sıkışıp kaldığı bir akış olan bir plazma katmanıyla çevrilidir. Kuzey (kutup) ışıkları gibi bir olgunun nedenlerinden biri, parçacıkların plazma katmanından ve kısmen de dış ERB'den düşmesidir. Kuzey Işıkları, kuşaktan düşen parçacıklarla çarpışma nedeniyle uyarılan atmosferik atomların radyasyonudur.

RPZ Çalışması

Radyasyon kuşakları gibi oluşumlarla ilgili ufuk açıcı araştırma sonuçlarının neredeyse tamamı 1960'lı ve 70'li yıllarda elde edildi. Gezegenler arası uzay araçları ve en son bilimsel ekipmanlar kullanılarak yapılan son gözlemler, bilim adamlarının çok önemli yeni bilgiler elde etmesine olanak sağladı. Dünya etrafındaki Van Allen kuşakları günümüzde de incelenmeye devam ediyor. Bu alandaki en önemli başarılardan kısaca bahsedelim.

Salyut-6'dan alınan veriler

Geçen yüzyılın 80'li yıllarının başında MEPhI'den araştırmacılar, gezegenimizin yakın çevresinde yüksek düzeyde enerjiye sahip elektron akışını incelediler. Bunu yapmak için Salyut-6 yörünge istasyonunda bulunan ekipmanı kullandılar. Bilim adamlarının, enerjisi 40 MeV'yi aşan pozitron ve elektron akışlarını çok verimli bir şekilde izole etmelerine olanak sağladı. İstasyonun yörüngesi (eğim 52°, yükseklik yaklaşık 350-400 km) çoğunlukla gezegenimizin radyasyon kuşağının altından geçiyordu. Ancak yine de Brezilya manyetik anomalisinin yakınındaki iç kısmına dokunuyordu. Bu bölgeyi geçerken yüksek enerjili elektronlardan oluşan sabit akışlar bulundu. Bu deneyden önce ERP'ye yalnızca enerjisi 5 MeV'yi aşmayan elektronlar kaydediliyordu.

Meteor-3 serisinin yapay uydularından elde edilen veriler

MEPhI'den araştırmacılar, gezegenimizin dairesel yörünge yükseklikleri 800 ve 1200 km olan Meteor-3 serisine ait yapay uyduları üzerinde daha ileri ölçümler gerçekleştirdi. Bu sefer cihaz RRP'nin çok derinlerine nüfuz etti. Daha önce Salyut-6 istasyonunda elde edilen sonuçları doğruladı. Ardından araştırmacılar, Mir ve Salyut-7 istasyonlarına kurulan manyetik spektrometreleri kullanarak önemli bir sonuca daha ulaştı. Daha önce keşfedilen kararlı kuşağın, enerjisi çok yüksek (200 MeV'ye kadar) yalnızca elektronlardan (pozitronsuz) oluştuğu kanıtlandı.

CNO çekirdeklerinin sabit kuşağının keşfi

Geçen yüzyılın 80'li yılların sonlarında ve 90'lı yılların başlarında NINP MSU'dan bir grup araştırmacı, yakın uzayda bulunan çekirdekleri incelemeyi amaçlayan bir deney gerçekleştirdi. Bu ölçümler orantısal odalar ve nükleer fotografik emülsiyonlar kullanılarak gerçekleştirildi. Cosmos serisinin uydularında gerçekleştirildi. Bilim adamları, yapay bir uydunun yörüngesinin (eğim 52°, yükseklik yaklaşık 400-500 km) Brezilya anomalisini geçtiği uzayda bir bölgede N, O ve Ne çekirdek akışlarının varlığını keşfettiler.

Analizin gösterdiği gibi, enerjisi onlarca MeV/nükleon'a ulaşan bu çekirdekler galaktik, albedo veya güneş kökenli değildi, çünkü bu tür bir enerjiyle gezegenimizin manyetosferinin derinliklerine nüfuz edemezlerdi. Bilim adamları, manyetik alan tarafından yakalanan kozmik ışınların anormal bir bileşenini bu şekilde keşfettiler.

Yıldızlararası maddede bulunan 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 cephelerinde hızlandırılarak onlarca MeV/nükleona ulaşır. Daha sonra manyetosfere nüfuz ederler ve orada yakalanırlar ve tamamen iyonize olurlar.

Proton ve elektronlardan oluşan yarı sabit kuşak

22 Mart 1991'de Güneş'te büyük bir güneş maddesi kütlesinin fırlatılmasına eşlik eden güçlü bir patlama meydana geldi. 24 Mart'ta manyetosfere ulaştı ve dış bölgesini değiştirdi. Yüksek enerjili güneş rüzgarı parçacıkları manyetosfere doğru patladı. O sırada Amerikan uydusu CRESS'in bulunduğu bölgeye ulaştılar. Üzerine kurulan aletler, enerjisi 20 ila 110 MeV arasında değişen protonların yanı sıra güçlü elektronlarda (yaklaşık 15 MeV) keskin bir artış kaydetti. Bu yeni bir kuşağın ortaya çıktığını gösteriyordu. İlk başta, yarı sabit kuşak bir dizi uzay aracında gözlemlendi. Ancak yaklaşık iki yıl olan ömrü boyunca yalnızca Mir istasyonunda çalışıldı.

Bu arada, geçen yüzyılın 60'lı yıllarında uzayda patlayan nükleer cihazların bir sonucu olarak, düşük enerjili elektronlardan oluşan yarı sabit bir kayış ortaya çıktı. Yaklaşık 10 yıldır varlığını sürdürüyordu. Yüklü parçacıkların kaynağı olan radyoaktif fisyon parçaları bozundu.

Ay'da RPZ var mı?

Gezegenimizin uydusu Van Allen radyasyon kuşağına sahip değil. Ayrıca koruyucu bir atmosfere sahip değildir. Ay'ın yüzeyi güneş rüzgarlarına maruz kalır. Eğer güçlü olsaydı, ay seferi sırasında meydana gelseydi, hem astronotları hem de kapsülleri yakacaktı, çünkü ölümcül olan devasa bir radyasyon akışı açığa çıkacaktı.

Kendinizi kozmik radyasyondan korumak mümkün mü?

Bu soru uzun yıllardır bilim adamlarının ilgisini çekmektedir. Küçük dozlarda radyasyonun sağlığımız üzerinde neredeyse hiçbir etkisi olmadığı bilinmektedir. Ancak belirli bir eşiği aşmıyorsa güvenlidir. Van Allen Kuşağı'nın dışında, gezegenimizin yüzeyinde ne düzeyde radyasyon olduğunu biliyor musunuz? Tipik olarak radon ve toryum parçacıklarının içeriği 1 m3 başına 100 Bq'yi geçmez. RPZ'de bu rakamlar çok daha yüksek.

Elbette Van Allen Dünyasının radyasyon kuşakları insanlar için çok tehlikelidir. Vücut üzerindeki etkileri birçok araştırmacı tarafından incelenmiştir. 1963 yılında Sovyet bilim adamları, ünlü İngiliz gökbilimci Bernard Lovell'e, insanları uzaydaki radyasyona maruz kalmaktan korumanın bir yolunu bilmediklerini söyledi. Bu, Sovyet cihazlarının kalın duvarlı kabuklarının bile bununla baş edemeyeceği anlamına geliyordu. Amerikan kapsüllerinde kullanılan neredeyse folyoya benzeyen ince metal astronotları nasıl korudu?

NASA'ya göre astronotları Ay'a yalnızca işaret fişeklerinin beklenmediği zamanlarda gönderdi ki bu da organizasyonun tahmin edebileceği bir şey. Radyasyon tehlikesini en aza indirmeyi mümkün kılan şey budur. Ancak diğer uzmanlar, büyük emisyonların tarihini yalnızca yaklaşık olarak tahmin etmenin mümkün olduğunu savunuyor.

Van Allen Kuşağı ve Ay'a uçuş

Bir Sovyet kozmonotu olan Leonov, 1966'da uzaya gitti. Ancak süper ağır, kurşun bir takım elbise giyiyordu. Ve sadece 3 yıl sonra, Amerika Birleşik Devletleri'nden astronotlar ay yüzeyine atlıyorlardı ve tabii ki ağır uzay kıyafetleri giymiyorlardı. Belki yıllar geçtikçe NASA uzmanları astronotları radyasyondan güvenilir bir şekilde koruyan ultra hafif bir malzeme keşfetmeyi başardılar? hala birçok soruyu gündeme getiriyor. Amerikalıların oraya inmediğine inananların temel argümanlarından biri radyasyon kuşaklarının varlığıdır.

Astronotluğun başlangıcı, bir dizi keşifle işaretlendi; bunlardan biri, Dünya'nın radyasyon kuşaklarının keşfiydi. Dünyanın iç radyasyon kuşağı, Explorer 1 uçuşundan sonra Amerikalı bilim adamı James van Allen tarafından keşfedildi. Dünyanın dış radyasyon kuşağı, 1958'deki Sputnik-3 uçuşundan sonra Sovyet bilim adamları S. N. Vernov ve A. E. Chudakov tarafından keşfedildi.

Bazı irtifalarda, ilk uydular, daha önce gözlemlenen hem birincil hem de ikincil kozmik parçacıklardan keskin biçimde farklı, çok yüksek enerjiye sahip yüklü parçacıklarla yoğun şekilde doymuş alanlara düştü. Uydulardan gelen verileri işledikten sonra, Dünya'nın manyetik alanı tarafından yakalanan yüklü parçacıklardan bahsettiğimiz anlaşıldı.

Herhangi bir yüklü parçacığın, bir kez manyetik alana girdiğinde, manyetik alan çizgilerinin etrafına "sarılmaya" başladığı ve aynı anda onlar boyunca hareket ettiği bilinmektedir. Ortaya çıkan spiralin dönüşlerinin boyutları, parçacıkların başlangıç ​​​​hızına, kütlelerine, yüklerine ve uçtukları ve hareket yönünü değiştirdikleri Dünya'ya yakın uzay bölgesindeki Dünya'nın manyetik alanının gücüne bağlıdır.

Dünyanın manyetik alanı tekdüze değildir. Kutuplarda "yoğunlaşır" - yoğunlaşır. Dolayısıyla ekvatora yakın bir bölgeden "sürdüğü" manyetik çizgi boyunca spiral şeklinde hareket etmeye başlayan yüklü bir parçacık, herhangi bir kutba yaklaşırken, durana kadar giderek daha fazla dirençle karşılaşır. Daha sonra ekvator'a geri döner ve ters yönde hareket etmeye başladığı yerden karşı kutba doğru ilerler. Parçacık kendisini gezegenin dev bir "manyetik tuzağının" içinde buluyor.

Yüksek enerjili yüklü parçacıkların (esas olarak protonlar ve elektronlar) ve kinetik enerjisi E kritikten daha az olan parçacıkların biriktiği ve tutulduğu manyetosferin bu bölgelerine radyasyon kuşakları denir. Dünya'da üç radyasyon kuşağı var ve şimdi dördüncüsü keşfedildi. Dünyanın radyasyon kuşağı bir toroiddir.

Bu türden ilk kuşak, Dünya'nın batı yarım küresinden yaklaşık 500 km, doğu yarım küresinden ise 1500 km yükseklikte başlıyor. Bu kuşaktaki en büyük parçacık konsantrasyonu - çekirdeği - iki ila üç bin kilometre yükseklikte bulunuyor. Bu kuşağın üst sınırı Dünya yüzeyinden üç ila dört bin kilometre yüksekliğe ulaşıyor.

İkinci kuşak ise 20 bin km yükseklikte maksimum parçacık yoğunluğuyla 10-11 ila 40-60 bin km arasında uzanıyor.

Dış kuşak 60-75 bin km yükseklikte başlıyor.

Kuşakların belirli sınırları hâlâ yalnızca yaklaşık olarak belirlenmektedir ve görünüşe göre bazı sınırlar dahilinde periyodik olarak değişmektedir.

Bu kayışlar, Dünya'ya en yakın olan birincisinin çok yüksek enerjiye sahip (yaklaşık 100 Moe) pozitif yüklü protonlardan oluşması bakımından birbirlerinden farklıdır. Yalnızca Dünya'nın manyetik alanının en yoğun kısmı onları yakalayıp tutabilir. İçindeki protonların akışı zaman içinde oldukça kararlıdır ve keskin dalgalanmalar yaşamaz.

İkinci kuşak esas olarak “yalnızca” 30-100 keV enerjili elektronlardan oluşur. İç kuşaktan daha büyük parçacık akışları burada hareket eder ve keskin dalgalanmalar yaşanır.

Dünyanın manyetik alanının en zayıf olduğu üçüncü kuşakta, enerjisi 200 eV veya daha fazla olan parçacıklar tutuluyor.

Ayrıca enerjileri 1 MeV'den düşük olan elektronlar yakalama bölgesinin neredeyse tamamını doldurmaktadır. Onlar için kemer ayrımı yoktur; her üç kemerde de mevcutturlar.

Radyasyon kuşaklarındaki yüklü parçacıkların Dünya'daki tüm yaşam için ne kadar tehlikeli olduğunu anlamak için karşılaştırma amaçlı bir örnek verelim. Bu nedenle, kısa süreliğine tıbbi amaçlar için kullanılan sıradan X-ışını radyasyonu, 30-50 keV'lik bir enerjiye ve 200 keV'den 2 MeV'ye kadar devasa külçelerin ve metal blokların x-ışını için güçlü kurulumlara sahiptir. Bu nedenle gelecekteki kozmonotlar ve diğer gezegenlere uçarken tüm canlılar için en tehlikeli olanı birinci ve ikinci kuşaklardır.

Bilim adamlarının artık bu kuşakların konumunu, şeklini ve içindeki parçacıkların dağılımını açıklığa kavuşturmak için bu kadar yoğun ve dikkatli bir şekilde çalışmasının nedeni budur. Şu ana kadar net olan tek bir şey var. Yaşanabilir uzay araçlarının diğer dünyalara giden rotalara gireceği koridorlar, Dünya'nın manyetik kutuplarına yakın, yüksek enerjili parçacıklardan arınmış alanlar olacak.

Doğal soru şudur: Bütün bu parçacıklar nereden geldi? Çoğunlukla Güneşimiz tarafından derinliklerinden dışarı atılırlar. Artık Dünya'nın Güneş'e çok uzak olmasına rağmen atmosferinin en dış kısmında yer aldığı tespit edilmiştir. Bu, özellikle, güneş aktivitesi her arttığında ve dolayısıyla Güneş tarafından yayılan parçacıkların sayısı ve enerjisi arttığında, sanki basıncı altındaymış gibi ikinci radyasyon kuşağındaki elektron sayısının artması gerçeğiyle doğrulanır. bu parçacıkların “rüzgarı” Dünya'ya doğru bastırılır.

Yüklerin katmanlara ayrılması ve Dünya'nın radyasyon kuşaklarının oluşumu, Güneş'ten gelen kısa dalga radyasyonunun, plazmanın kuvvet çizgileri boyunca plazmadan geçmesi gerçeğinden oluşan akustik-manyetoelektrik etkinin etkisi altında meydana gelir. Dünyanın manyetik alanı, yükleri enerji durumlarına göre farklı seviyelere ayırır. Dünyanın yüzeyi de dahil olmak üzere her katmanda belirli sayıda yükün varlığı, tüm atmosferle birlikte Dünya'nın tasarım açısından bir elektrik makinesi olarak değerlendirilebileceğini varsaymak için sebep verir. küresel çok katmanlı, çok rotorlu, asenkron elektriksel kapasitif-endüktif makine.

Lorentz kuvvetinin etkisi altında Dünya'nın manyetik tuzağına yakalanan parçacıklar, Kuzey Yarımküre'den Güney Yarımküre'ye ve geriye doğru manyetik alan çizgisi boyunca spiral bir yörünge boyunca salınımlı harekete maruz kalır. Aynı zamanda parçacıklar Dünya çevresinde daha yavaş (boyuna sürüklenme) hareket ederler.

Bir parçacık artan manyetik alan yönünde bir spiral içinde hareket ettiğinde (Dünya'ya yaklaştığında), spiralin yarıçapı ve eğimi azalır. Büyüklüğü değişmeden kalan parçacık hız vektörü, alanın yönüne dik bir düzleme yaklaşır. Son olarak belirli bir noktada (ayna noktası denir) parçacık “yansıtılır”. Diğer yarım küredeki eşlenik ayna noktasına doğru ters yönde hareket etmeye başlar.

Enerjisi ~100 MeV olan bir proton, Kuzey Yarımküre'den Güney Yarımküre'ye doğru olan alan çizgisi boyunca bir salınımını ~0.3 saniyede tamamlar. Böyle bir protonun jeomanyetik tuzakta kalma süresi (“ömrü”) 100 yıla (~ 3×109 saniye) ulaşabilir ve bu süre zarfında 1010'a kadar salınım yapabilir. Yakalanan yüksek enerjili parçacıklar ortalama olarak bir yarıküreden diğerine birkaç yüz milyona kadar salınım oluşturur.

Boyuna kayma çok daha düşük bir hızda meydana gelir. Enerjiye bağlı olarak parçacıklar, birkaç dakikadan bir güne kadar değişen bir sürede Dünya çevresinde tam bir devrim yaparlar. Pozitif iyonlar batıya doğru, elektronlar ise doğuya doğru sürüklenir. Bir parçacığın manyetik alan çizgisi etrafındaki spiral içindeki hareketi, sözde etrafında bir dönüşten ibaret olarak temsil edilebilir. anlık dönme merkezi ve bu merkezin kuvvet çizgisi boyunca öteleme hareketi.

Manyetosferin içinde, herhangi bir dipol alanında olduğu gibi, kinetik enerjiye sahip parçacıkların erişemeyeceği alanlar vardır. e, kritikten daha az. Enerjili aynı parçacıklar e < e Zaten orada bulunan kr bu bölgeleri terk edemez. Manyetosferin bu yasak bölgelerine yakalama bölgeleri denir. Dünyanın dipol (yarı-dipol) alanının yakalama bölgelerinde, yakalanan parçacıkların (öncelikle protonlar ve elektronlar) önemli akışları gerçekten de tutulur.

İlk yaklaşıma göre radyasyon kuşağı, iki bölgenin ayırt edildiği bir toroiddir:

• ≈ 4000 km yükseklikte, ağırlıklı olarak onlarca MeV enerjili protonlardan oluşan bir iç radyasyon kuşağı;
• ≈ 17.000 km yükseklikte, ağırlıklı olarak onlarca keV düzeyinde enerjiye sahip elektronlardan oluşan dış radyasyon kuşağı.

Radyasyon kuşağının alt sınırının yüksekliği, Dünya'nın manyetik alanı ekseninin Dünya'nın dönme eksenine eğimi nedeniyle aynı coğrafi enlemde boylamda değişir ve aynı coğrafi boylamda enlemde değişir. Dünyanın manyetik alan çizgilerinin farklı yükseklikleri nedeniyle radyasyon kuşağının kendi şekli. Örneğin Atlantik üzerinde radyasyon yoğunluğundaki artış 500 km yükseklikte, Endonezya üzerinde ise 1300 km yükseklikte başlıyor. Eğer aynı grafikler manyetik indüksiyonun bir fonksiyonu olarak çizilirse, o zaman tüm ölçümler tek bir eğriye sığacaktır, bu da parçacık yakalamanın manyetik doğasını bir kez daha doğrulamaktadır.

İç ve dış radyasyon kuşakları arasında 2 ila 3 Dünya yarıçapı aralığında yer alan bir boşluk vardır. Dış kayıştaki parçacık akıları iç kayıştan daha fazladır. Parçacıkların bileşimi de farklıdır: iç kuşakta protonlar ve elektronlar vardır, dış kuşakta ise elektronlar vardır. Korumasız dedektörlerin kullanımı, radyasyon kuşakları hakkındaki bilgileri önemli ölçüde genişletti. Enerjileri sırasıyla onlarca ve yüzlerce kiloelektronvolt olan elektronlar ve protonlar keşfedildi. Bu parçacıklar önemli ölçüde farklı bir uzaysal dağılıma sahiptir (nüfuz edenlerle karşılaştırıldığında).

Düşük enerjili protonların maksimum yoğunluğu, merkezinden yaklaşık 3 Dünya yarıçapı uzaklıkta (yüzeyden yaklaşık 12.500 km yükseklikte) bulunur. Düşük enerjili elektronlar yakalama bölgesinin tamamını doldurur. Onlar için iç ve dış kayışlara bölünme yoktur. Onlarca keV enerjiye sahip parçacıkları kozmik ışınlar olarak sınıflandırmak alışılmadık bir durumdur, ancak radyasyon kuşakları tek bir olgudur ve tüm enerjilerdeki parçacıklarla birlikte incelenmelidir.

İç kuşaktaki proton akışı zaman içinde oldukça kararlıdır. İlk deneyler yüksek enerjili elektronların ( e> 1-5 MeV) dış kuşakta yoğunlaşmıştır. Enerjileri 1 MeV'den düşük olan elektronlar neredeyse manyetosferin tamamını doldurur. İç kuşak oldukça stabildir, dış kuşakta ise keskin dalgalanmalar yaşanır.

Keşif tarihi

Radyasyon kuşağının varlığı ilk olarak Amerikalı bilim adamı James Van Allen tarafından Şubat 1958'de American Explorer 1 uydusundan alınan veriler analiz edilirken keşfedildi ve Explorer uydusunun tam bir yörüngesi sırasında periyodik olarak değişen radyasyon seviyelerinin kaydedilmesiyle ikna edici bir şekilde kanıtlandı. Van Allen keşfedilen fenomeni incelemek için 3". Van Allen'ın keşfi 1 Mayıs 1958'de açıklandı ve kısa süre sonra Sovyet Sputnik 3'ün verileri bağımsız olarak doğrulandı. Daha önceki Sovyet Sputnik 2'den alınan verilerin daha sonra yeniden analizi, radyasyon kuşaklarının güneş aktivitesini analiz etmek için tasarlanan ekipman tarafından da kaydedildiğini, ancak güneş sensörünün garip okumalarının doğru şekilde yorumlanamayacağını gösterdi. Sovyet önceliği, Sputnik'teki kayıt ekipmanının eksikliğinden de olumsuz etkilendi (Sputnik 2'de sağlanmadı ve Sputnik 3'te bozuldu), bu nedenle elde edilen verilerin parçalı olduğu ve tam bir resim vermediği ortaya çıktı. Yüksekliğe bağlı olarak radyasyondaki değişiklikler ve Dünya'ya yakın uzayda sadece kozmik radyasyonun değil, aynı zamanda yalnızca belirli yükseklikleri kapsayan karakteristik bir "kuşağın" varlığı. Ancak Sputnik 3'ün daha çeşitli ekipmanları, iç kuşağın "bileşiminin" açıklığa kavuşturulmasına yardımcı oldu. 1958'in sonunda, Pioneer 3'ten ve biraz sonra Luna 1'den gelen verilerin analizi, bir dış radyasyon kuşağının varlığının keşfedilmesine yol açtı ve Amerika'daki yüksek irtifa nükleer patlamaları, insanların Dünya'nın radyasyon kuşaklarını etkileyebileceğini gösterdi. Bu verilerin analizi, 1959'un ortasından bu yana, Dünya çevresinde iki radyasyon kuşağının varlığı ve bunların oluşum mekanizmaları hakkındaki modern fikirlerin kademeli olarak oluşmasına yol açtı.

Araştırmanın tarihi

30 Ağustos 2012'de, Atlas V 410 roketi kullanılarak Cape Canaveral Uzay Merkezi'nden yaklaşık 30 bin kilometre yükseklikte yüksek eliptik bir yörüngeye iki özdeş RBSP sondası fırlatıldı. Radyasyon Kuşağı Fırtına Probları), radyasyon kuşaklarını incelemek için tasarlanmıştır. Daha sonra "Van Allen Probları" olarak yeniden adlandırıldılar ( Van Allen Probları). Bir bölgeden diğerine geçişle ilişkili değişiklikleri kayışların kendisinde meydana gelen değişikliklerle ayırt etmek için iki cihaza ihtiyaç vardı. . Bu misyonun ana sonuçlarından biri, birkaç hafta gibi kısa bir süre için ortaya çıkan üçüncü bir radyasyon kuşağının keşfiydi. Şubat 2017 itibarıyla her iki sondanın da faaliyetlerine devam edildi.

Gezegenlerin radyasyon kuşakları

Güçlü bir manyetik alanın varlığı nedeniyle dev gezegenler (Jüpiter, Satürn, Uranüs ve Neptün) aynı zamanda Dünya'nın dış radyasyon kuşağını anımsatan güçlü radyasyon kuşaklarına da sahiptir. Sovyet ve Amerikan uzay sondaları Venüs, Mars, Merkür ve Ay'da radyasyon kuşaklarının bulunmadığını gösterdi.

Araştırmanın tarihi