Zemes radiācijas josta (ERB) jeb Van Allena josta ir tuvākās kosmosa apgabals netālu no mūsu planētas, kas izskatās pēc gredzena, kurā atrodas milzīgas elektronu un protonu plūsmas. Zeme tos notur ar dipola magnētisko lauku.
Atklāšana
RPZ tika atklāts 1957.–1958. gadā. zinātnieki no ASV un PSRS. Explorer 1 (attēlā zemāk), pirmais ASV kosmosa satelīts, kas palaists 1958. gadā, ir sniedzis ļoti svarīgus datus. Pateicoties amerikāņu veiktajam eksperimentam virs Zemes virsmas (apmēram 1000 km augstumā), tika atrasta radiācijas josta (iekšējā). Vēlāk aptuveni 20 000 km augstumā tika atklāta otra šāda zona. Starp iekšējo un ārējo jostu nav skaidras robežas - pirmā pakāpeniski pāriet otrajā. Šīs divas radioaktivitātes zonas atšķiras pēc daļiņu lādiņa pakāpes un to sastāva.
Šie apgabali kļuva pazīstami kā Van Allena jostas. Džeimss Van Allens ir fiziķis, kura eksperiments viņiem palīdzējaatklāt. Zinātnieki noskaidrojuši, ka šīs jostas sastāv no saules vēja un lādētām kosmisko staru daļiņām, kuras pievelk Zemei tās magnētiskais lauks. Katrs no tiem veido toru ap mūsu planētu (forma, kas atgādina virtuli).
Kopš tā laika kosmosā ir veikti daudzi eksperimenti. Tie ļāva izpētīt RPZ galvenās iezīmes un īpašības. Ne tikai mūsu planētai ir radiācijas jostas. Tie ir atrodami arī citos debess ķermeņos, kuriem ir atmosfēra un magnētiskais lauks. Van Allena radiācijas josta tika atklāta, pateicoties ASV starpplanētu kosmosa kuģiem netālu no Marsa. Turklāt amerikāņi to atrada netālu no Saturna un Jupitera.
Dipola magnētiskais lauks
Mūsu planētai ir ne tikai Van Allena josta, bet arī dipola magnētiskais lauks. Tas ir magnētisku apvalku komplekts, kas ligzdots viens otra iekšpusē. Šī lauka struktūra atgādina kāpostu vai sīpolu galvu. Magnētisko apvalku var iedomāties kā slēgtu virsmu, kas austa no magnētiskām spēka līnijām. Jo tuvāk apvalks atrodas dipola centram, jo lielāks kļūst magnētiskā lauka stiprums. Turklāt palielinās arī impulss, kas nepieciešams, lai uzlādēta daļiņa tajā iekļūtu no ārpuses.
Tātad, N. apvalkam ir daļiņu impulss P . Gadījumā, ja daļiņas sākotnējais impulss nepārsniedz P , to atstaro magnētiskais lauks. Pēc tam daļiņa atgriežas kosmosā. Tomēr gadās arī tā, ka tas nonāk uz N. apvalka. Šajā gadījumāviņa vairs nespēj to atstāt. Ieslodzītā daļiņa tiks notverta, līdz tā izkliedēsies vai sadursies ar atlikušo atmosfēru un zaudē enerģiju.
Mūsu planētas magnētiskajā laukā viens un tas pats apvalks atrodas dažādos attālumos no zemes virsmas dažādos garuma grādos. Tas ir saistīts ar neatbilstību starp magnētiskā lauka asi un planētas rotācijas asi. Šis efekts vislabāk redzams Brazīlijas magnētiskajā anomālijā. Šajā apgabalā nolaižas magnētiskās spēka līnijas, un pa tām pārvietojušās iesprostotās daļiņas var būt zem 100 km augstumā, kas nozīmē, ka tās mirs zemes atmosfērā.
RPG sastāvs
Radiācijas jostas iekšpusē protonu un elektronu sadalījums nav vienāds. Pirmie atrodas tā iekšējā daļā, bet otrā - ārējā. Tāpēc pētījuma sākumposmā zinātnieki uzskatīja, ka uz Zemes ir ārējās (elektroniskās) un iekšējās (protonu) starojuma jostas. Pašlaik šis viedoklis vairs nav aktuāls.
Visnozīmīgākais mehānisms daļiņu ģenerēšanai, kas piepilda Van Allena jostu, ir albedo neitronu sabrukšana. Jāpiebilst, ka neitroni rodas, atmosfērai mijiedarbojoties ar kosmisko starojumu. Šo daļiņu plūsma, kas virzās virzienā no mūsu planētas (albedo neitroni), netraucēti iziet cauri Zemes magnētiskajam laukam. Tomēr tie ir nestabili un viegli sadalās elektronos, protonos un elektronu antineitronos. Radioaktīvie albedo kodoli, kuriem ir augsta enerģija, sadalās uztveršanas zonā. Tādā veidā Van Allena josta tiek papildināta ar pozitroniem un elektroniem.
ERP un magnētiskās vētras
Kad sākas spēcīgas magnētiskas vētras, šīs daļiņas ne tikai paātrinās, bet arī atstāj Van Allena radioaktīvo joslu, izplūstot no tās. Fakts ir tāds, ka, mainoties magnētiskā lauka konfigurācijai, spoguļa punktus var iegremdēt atmosfērā. Šajā gadījumā daļiņas, zaudējot enerģiju (jonizācijas zudumi, izkliede), maina to slīpuma leņķus un pēc tam iet bojā, sasniedzot magnetosfēras augšējos slāņus.
RPZ un ziemeļblāzma
Van Allena starojuma joslu ieskauj plazmas slānis, kas ir ieslodzīta protonu (jonu) un elektronu plūsma. Viens no tādas parādības kā ziemeļu (polārās) gaismas iemesli ir tas, ka daļiņas izkrīt no plazmas slāņa un daļēji arī no ārējā ERP. Polārblāzma ir atmosfēras atomu emisija, kas tiek uzbudināta, saduroties ar daļiņām, kas izkritušas no jostas.
RPZ izpēte
Gandrīz visi fundamentālie tādu veidojumu kā radiācijas jostas pētījumu rezultāti iegūti ap 20. gadsimta 60. un 70. gadiem. Nesenie novērojumi, izmantojot orbitālās stacijas, starpplanētu kosmosa kuģus un jaunāko zinātnisko aprīkojumu, ir ļāvuši zinātniekiem iegūt ļoti svarīgu jaunu informāciju. Van Allena jostas ap Zemi turpina pētīt mūsu laikā. Īsi parunāsim par svarīgākajiem sasniegumiem šajā jomā.
Dati saņemti no Salyut-6
Pētnieki no MEPhI pagājušā gadsimta 80. gadu sākumāpētīja elektronu plūsmas ar augstu enerģijas līmeni mūsu planētas tiešā tuvumā. Lai to izdarītu, viņi izmantoja aprīkojumu, kas atradās orbitālajā stacijā Salyut-6. Tas ļāva zinātniekiem ļoti efektīvi izolēt pozitronu un elektronu plūsmas, kuru enerģija pārsniedz 40 MeV. Stacijas orbīta (slīpums 52°, augstums aptuveni 350-400 km) gāja galvenokārt zem mūsu planētas radiācijas jostas. Tomēr tas joprojām pieskārās savai iekšējai daļai Brazīlijas magnētiskajā anomālijā. Šķērsojot šo reģionu, tika atrastas stacionāras plūsmas, kas sastāv no augstas enerģijas elektroniem. Pirms šī eksperimenta ERP tika reģistrēti tikai elektroni, kuru enerģija nepārsniedza 5 MeV.
Dati no "Meteor-3" sērijas mākslīgajiem pavadoņiem
Pētnieki no MEPhI veica turpmākus mērījumus uz mūsu planētas Meteor-3 sērijas mākslīgajiem satelītiem, kuros riņķveida orbītu augstums bija 800 un 1200 km. Šoreiz ierīce ir ļoti dziļi iekļuvusi RPZ. Viņš apstiprināja rezultātus, kas tika iegūti iepriekš stacijā Salyut-6. Pēc tam pētnieki ieguva vēl vienu svarīgu rezultātu, izmantojot magnētiskos spektrometrus, kas uzstādīti stacijās Mir un Salyut-7. Tika pierādīts, ka iepriekš atklātā stabilā josta sastāv tikai no elektroniem (bez pozitroniem), kuru enerģija ir ļoti augsta (līdz 200 MeV).
CNO kodolu stacionāras jostas atklāšana
Pētnieku grupa no SNNP MSU pagājušā gadsimta 80. gadu beigās un 90. gadu sākumā veica eksperimentu, kura mērķis bijakodolu izpēte, kas atrodas tuvākajā kosmosā. Šie mērījumi tika veikti, izmantojot proporcionālas kameras un kodolfotogrāfijas emulsijas. Tie tika veikti uz Kosmos sērijas satelītiem. Zinātnieki ir atklājuši N, O un Ne kodolu plūsmu klātbūtni kosmosa reģionā, kurā mākslīgā pavadoņa orbīta (52° slīpums, aptuveni 400-500 km augstums) šķērsoja Brazīlijas anomāliju.
Kā parādīja analīze, šie kodoli, kuru enerģija sasniedza vairākus desmitus MeV/nukleonu, nebija galaktikas, albedo vai saules izcelsmes, jo ar šādu enerģiju tie nevarēja dziļi iekļūt mūsu planētas magnetosfērā. Tātad zinātnieki atklāja magnētiskā lauka uztverto kosmisko staru anomālo komponentu.
Zema enerģijas atomi starpzvaigžņu vielā spēj iekļūt heliosfērā. Tad Saules ultravioletais starojums tos vienu vai divas reizes jonizē. Iegūtās lādētās daļiņas paātrina saules vēja frontes, sasniedzot vairākus desmitus MeV/nukleonu. Pēc tam tie nonāk magnetosfērā, kur tiek notverti un pilnībā jonizēti.
Kvazistacionāra protonu un elektronu josta
1991. gada 22. martā uz Saules notika spēcīgs uzliesmojums, ko pavadīja milzīgas Saules vielas masas izmešana. Tas sasniedza magnetosfēru līdz 24. martam un mainīja savu ārējo reģionu. Saules vēja daļiņas, kurām bija liela enerģija, ieplūda magnetosfērā. Viņi sasniedza apgabalu, kur toreiz atradās amerikāņu satelīts CRESS. uzstādīts uz tāinstrumenti fiksēja strauju protonu pieaugumu, kuru enerģija svārstījās no 20 līdz 110 MeV, kā arī spēcīgu elektronu (apmēram 15 MeV). Tas norādīja uz jaunas jostas parādīšanos. Pirmkārt, vairākos kosmosa kuģos tika novērota kvazistacionāra josta. Tomēr tikai stacijā Mir tā tika pētīta visā tās dzīves laikā, kas ir aptuveni divi gadi.
Starp citu, pagājušā gadsimta 60. gados kodolierīču eksplozijas rezultātā kosmosā parādījās kvazistacionāra josta, kas sastāvēja no elektroniem ar zemu enerģiju. Tas ilga apmēram 10 gadus. Sadalīšanās radioaktīvie fragmenti sadalījās, kas bija uzlādētu daļiņu avots.
Vai ir RPG uz Mēness
Mūsu planētas satelītam trūkst Van Alena starojuma jostas. Turklāt tai nav aizsargājošas atmosfēras. Mēness virsma ir pakļauta saules vējiem. Spēcīgs saules uzliesmojums, ja tas notiktu Mēness ekspedīcijas laikā, sadedzinātu gan astronautus, gan kapsulas, jo tiktu atbrīvota milzīga starojuma plūsma, kas ir nāvējoša.
Vai ir iespējams pasargāt sevi no kosmiskā starojuma
Šis jautājums zinātniekus interesē jau daudzus gadus. Mazās devās starojums, kā zināms, praktiski neietekmē mūsu veselību. Tomēr tas ir drošs tikai tad, ja tas nepārsniedz noteiktu slieksni. Vai jūs zināt, kāds ir radiācijas līmenis ārpus Van Alena jostas, uz mūsu planētas virsmas? Parasti radona un torija daļiņu saturs nepārsniedz 100 Bq uz 1 m3. RPZ iekšpusēšie skaitļi ir daudz lielāki.
Protams, Van Allen Land radiācijas jostas ir ļoti bīstamas cilvēkiem. To ietekmi uz ķermeni ir pētījuši daudzi pētnieki. Padomju zinātnieki 1963. gadā teica pazīstamajam britu astronomam Bernardam Lovelam, ka viņi nezina, kā pasargāt cilvēku no starojuma iedarbības kosmosā. Tas nozīmēja, ka pat padomju aparātu biezsienu čaulas ar to nevarēja tikt galā. Kā plānākais metāls, ko izmantoja amerikāņu kapsulās, gandrīz kā folija, aizsargāja astronautus?
Saskaņā ar NASA, tā nosūtīja astronautus uz Mēnesi tikai tad, kad nebija gaidāmi uzliesmojumi, ko organizācija spēj paredzēt. Tas ļāva samazināt radiācijas risku līdz minimumam. Tomēr citi eksperti apgalvo, ka lielu emisiju datumu var paredzēt tikai aptuveni.
Van Allena josta un lidojums uz Mēnesi
Leonovs, padomju kosmonauts, 1966. gadā tomēr devās kosmosā. Tomēr viņš bija ģērbies īpaši smagā svina tērpā. Un pēc 3 gadiem astronauti no ASV lēkāja pa Mēness virsmu un acīmredzot ne smagos skafandros. Varbūt gadu gaitā NASA speciālistiem ir izdevies atklāt īpaši vieglu materiālu, kas droši aizsargā astronautus no radiācijas? Lidojums uz Mēnesi joprojām rada daudz jautājumu. Viens no galvenajiem argumentiem tiem, kuri uzskata, ka amerikāņi uz tā nav nolaidušies, ir radiācijas jostu esamība.
