Zemský radiační pás (ERB), neboli Van Allenův pás, je oblast nejbližšího vnějšího prostoru poblíž naší planety, která vypadá jako prstenec, ve kterém probíhají obří toky elektronů a protonů. Země je drží pomocí dipólového magnetického pole.
Otevření
RPZ byl objeven v letech 1957-58. vědci ze Spojených států a SSSR. Explorer 1 (na obrázku níže), první vesmírná družice USA vypuštěná v roce 1958, poskytla velmi důležitá data. Díky palubnímu experimentu, který provedli Američané nad povrchem Země (ve výšce asi 1000 km), byl nalezen radiační pás (vnitřní). Později, ve výšce asi 20 000 km, byla objevena druhá taková zóna. Mezi vnitřním a vnějším pásem není jasná hranice - první postupně přechází v druhý. Tyto dvě zóny radioaktivity se liší stupněm náboje částic a jejich složením.
Tyto oblasti se staly známými jako Van Allenovy pásy. James Van Allen je fyzik, jehož experiment jim pomohlobjevit. Vědci zjistili, že tyto pásy se skládají ze slunečního větru a nabitých částic kosmického záření, které jsou přitahovány k Zemi jejím magnetickým polem. Každý z nich tvoří kolem naší planety torus (tvar připomínající koblihu).
Od té doby bylo ve vesmíru provedeno mnoho experimentů. Umožnily studovat hlavní znaky a vlastnosti RPZ. Nejen naše planeta má radiační pásy. Nacházejí se také v jiných nebeských tělesech, která mají atmosféru a magnetické pole. Van Allenův radiační pás byl objeven díky americké meziplanetární sondě poblíž Marsu. Navíc ji Američané našli poblíž Saturnu a Jupiteru.
Dipólové magnetické pole
Naše planeta má nejen Van Allenův pás, ale také dipólové magnetické pole. Jedná se o sadu magnetických mušlí vnořených do sebe. Struktura tohoto pole připomíná hlávku zelí nebo cibuli. Magnetický obal si lze představit jako uzavřený povrch utkaný z magnetických siločar. Čím blíže je plášť ke středu dipólu, tím větší je intenzita magnetického pole. Kromě toho se také zvyšuje hybnost potřebná k tomu, aby do ní nabitá částice pronikla zvenčí.
N-tá slupka má tedy hybnost částice P . V případě, že počáteční hybnost částice nepřekročí P , je odražena magnetickým polem. Částice se poté vrátí do vesmíru. Stává se však také, že skončí na N-té skořápce. V tomto případěuž to nemůže opustit. Zachycená částice bude zachycena, dokud se nerozptýlí nebo se nesrazí se zbytkovou atmosférou a neztratí energii.
V magnetickém poli naší planety se stejná skořápka nachází v různých vzdálenostech od zemského povrchu v různých zeměpisných délkách. To je způsobeno nesouladem mezi osou magnetického pole a osou rotace planety. Tento efekt je nejlépe vidět na brazilské magnetické anomálii. V této oblasti klesají magnetické siločáry a zachycené částice pohybující se podél nich mohou mít výšku pod 100 km, což znamená, že zemřou v zemské atmosféře.
Složení RPG
Uvnitř radiačního pásu není rozložení protonů a elektronů stejné. První jsou v jeho vnitřní části a druhé - ve vnější. Proto se vědci v rané fázi studie domnívali, že na Zemi existují vnější (elektronické) a vnitřní (protonové) radiační pásy. V současné době již tento názor není relevantní.
Nejvýznamnějším mechanismem pro generování částic vyplňujících Van Allenův pás je rozpad albedových neutronů. Je třeba poznamenat, že neutrony vznikají při interakci atmosféry s kosmickým zářením. Proud těchto částic pohybujících se směrem od naší planety (albedo neutrony) prochází magnetickým polem Země bez překážek. Jsou však nestabilní a snadno se rozpadají na elektrony, protony a elektronová antineutrina. Radioaktivní albedo jádra, která mají vysokou energii, se rozkládají uvnitř záchytné zóny. Takto je Van Allenův pás doplňován pozitrony a elektrony.
ERP a magnetické bouře
Když začnou silné magnetické bouře, tyto částice se nejen zrychlí, ale opustí Van Allenův radioaktivní pás a rozlijí se z něj. Faktem je, že pokud se změní konfigurace magnetického pole, mohou být zrcadlové body ponořeny do atmosféry. V tomto případě částice ztrácejí energii (ionizační ztráty, rozptyl) mění úhel sklonu a poté zahynou, když dosáhnou horních vrstev magnetosféry.
RPZ a polární záře
Van Allenův radiační pás je obklopen plazmovou vrstvou, která je zachyceným proudem protonů (iontů) a elektronů. Jedním z důvodů takového jevu, jakým jsou severní (polární) světla, je to, že částice vypadávají z vrstvy plazmatu a částečně také z vnějšího ERP. Polární záře je emise atmosférických atomů, které jsou excitovány v důsledku srážky s částicemi, které vypadly z pásu.
RPZ Research
Téměř všechny základní výsledky studií takových útvarů, jako jsou radiační pásy, byly získány kolem 60. a 70. let 20. století. Nedávná pozorování pomocí orbitálních stanic, meziplanetárních kosmických lodí a nejnovějších vědeckých zařízení umožnila vědcům získat velmi důležité nové informace. Van Allenovy pásy kolem Země jsou v naší době nadále studovány. Pojďme si krátce promluvit o nejdůležitějších úspěších v této oblasti.
Data přijata ze Saljutu-6
Výzkumníci z MEPhI na počátku 80. let minulého stoletízkoumal toky elektronů s vysokou úrovní energie v bezprostřední blízkosti naší planety. Využili k tomu vybavení, které bylo na orbitální stanici Saljut-6. Umožnil vědcům velmi efektivně izolovat toky pozitronů a elektronů, jejichž energie přesahuje 40 MeV. Dráha stanice (sklon 52°, výška cca 350-400 km) procházela převážně pod radiačním pásem naší planety. Stále se však dotkl jeho vnitřní části u brazilské magnetické anomálie. Při přechodu touto oblastí byly nalezeny stacionární proudy skládající se z vysokoenergetických elektronů. Před tímto experimentem byly v ERP zaznamenány pouze elektrony, jejichž energie nepřesáhla 5 MeV.
Data z umělých družic řady "Meteor-3"
Výzkumníci z MEPhI provedli další měření na umělých družicích naší planety řady Meteor-3, na kterých byla výška kruhových drah 800 a 1200 km. Tentokrát zařízení proniklo velmi hluboko do RPZ. Potvrdil výsledky, které byly získány dříve na stanici Saljut-6. Poté výzkumníci získali další důležitý výsledek použitím magnetických spektrometrů instalovaných na stanicích Mir a Saljut-7. Bylo prokázáno, že dříve objevený stabilní pás se skládá výhradně z elektronů (bez pozitronů), jejichž energie je velmi vysoká (až 200 MeV).
Objev stacionárního pásu jader CNO
Skupina výzkumníků z SNNP MSU koncem 80. a začátkem 90. let minulého století provedla experiment zaměřený nastudium jader, která se nacházejí v nejbližším kosmickém prostoru. Tato měření byla provedena pomocí proporcionálních komor a jaderných fotografických emulzí. Byly provedeny na satelitech řady Kosmos. Vědci detekovali přítomnost proudů jader N, O a Ne v oblasti kosmického prostoru, kde dráha umělé družice (sklon 52°, výška asi 400–500 km) protínala brazilskou anomálii.
Jak analýza ukázala, tato jádra, jejichž energie dosahovala několika desítek MeV/nukleon, nebyla galaktického, albedového nebo slunečního původu, protože s takovou energií nemohla proniknout hluboko do magnetosféry naší planety. Vědci tedy objevili anomální složku kosmického záření zachycenou magnetickým polem.
Nízkoenergetické atomy v mezihvězdné hmotě jsou schopny proniknout do heliosféry. Pak je ultrafialové záření Slunce ionizuje raz dva. Výsledné nabité částice jsou urychlovány frontami slunečního větru a dosahují několika desítek MeV/nukleon. Poté vstoupí do magnetosféry, kde jsou zachyceny a plně ionizovány.
Kvazistacionární pás protonů a elektronů
22. března 1991 došlo na Slunci k silné erupci, která byla doprovázena vyvržením obrovské hmoty sluneční hmoty. Do magnetosféry dosáhl 24. března a změnil svou vnější oblast. Částice slunečního větru, které měly vysokou energii, pronikly do magnetosféry. Dostali se do oblasti, kde se tehdy nacházel americký satelit CRESS. nainstalovaný na němpřístroje zaznamenaly prudký nárůst protonů, jejichž energie se pohybovala od 20 do 110 MeV, a také silných elektronů (asi 15 MeV). To naznačovalo vznik nového pásu. Nejprve byl kvazistacionární pás pozorován na řadě kosmických lodí. Avšak pouze na stanici Mir byl studován po celou dobu své životnosti, což jsou asi dva roky.
Mimochodem, v 60. letech minulého století se v důsledku toho, že ve vesmíru explodovala jaderná zařízení, objevil kvazistacionární pás složený z elektronů s nízkou energií. Trvalo to přibližně 10 let. Radioaktivní fragmenty štěpení se rozpadly, což bylo zdrojem nabitých částic.
Je na Měsíci RPG
Satelit naší planety postrádá Van Allenův radiační pás. Navíc nemá ochrannou atmosféru. Povrch Měsíce je vystaven slunečním větrům. Silná sluneční erupce, pokud by k ní došlo během lunární expedice, by spálila jak astronauty, tak kapsle, protože by se uvolnil obrovský proud radiace, která je smrtící.
Je možné se chránit před kosmickým zářením
Tato otázka zajímá vědce již mnoho let. V malých dávkách nemá záření, jak víte, prakticky žádný vliv na naše zdraví. Bezpečný je však pouze tehdy, když nepřekročí určitou hranici. Víte, jaká je úroveň radiace mimo Van Allenův pás, na povrchu naší planety? Obvykle obsah částic radonu a thoria nepřesahuje 100 Bq na 1 m3. Uvnitř RPZtato čísla jsou mnohem vyšší.
Radiační pásy Van Allenovy země jsou samozřejmě pro lidi velmi nebezpečné. Jejich účinek na organismus byl studován mnoha výzkumníky. Sovětští vědci v roce 1963 řekli Bernardu Lovellovi, známému britskému astronomovi, že neznají způsob, jak chránit člověka před vystavením radiaci ve vesmíru. To znamenalo, že se s tím nedokázaly vyrovnat ani tlustostěnné náboje sovětských aparátů. Jak nejtenčí kov použitý v amerických kapslích, téměř jako fólie, chránil astronauty?
Podle NASA vyslala astronauty na Měsíc pouze tehdy, když se neočekávaly žádné erupce, což je organizace schopna předpovědět. To umožnilo snížit riziko radiace na minimum. Jiní experti však tvrdí, že datum velkých emisí lze předpovědět jen zhruba.
Van Allenův pás a let na Měsíc
Leonov, sovětský kosmonaut, se přesto v roce 1966 vydal do vesmíru. Měl však na sobě supertěžký olověný oblek. A po 3 letech astronauti ze Spojených států skákali na měsíčním povrchu a zjevně ne v těžkých skafandrech. Možná se specialistům NASA v průběhu let podařilo objevit ultralehký materiál, který spolehlivě chrání astronauty před radiací? Let na Měsíc stále vyvolává mnoho otázek. Jedním z hlavních argumentů těch, kteří věří, že na něm Američané nepřistáli, je existence radiačních pásů.
