حزام إشعاع الأرض (ERB) ، أو حزام Van Allen ، هو المنطقة من أقرب فضاء خارجي بالقرب من كوكبنا ، والتي تشبه الحلقة ، حيث يوجد تدفقات عملاقة من الإلكترونات والبروتونات. تمسكهم الأرض بمجال مغناطيسي ثنائي القطب.
افتتاح
تم اكتشاف RPZ في 1957-58. علماء من الولايات المتحدة والاتحاد السوفياتي. إكسبلورر 1 (في الصورة أدناه) ، أول قمر فضائي أمريكي أطلق في عام 1958 ، قدم بيانات مهمة للغاية. بفضل تجربة على متن الطائرة أجراها الأمريكيون فوق سطح الأرض (على ارتفاع حوالي 1000 كم) ، تم العثور على حزام إشعاعي (داخلي). في وقت لاحق ، على ارتفاع حوالي 20000 كم ، تم اكتشاف منطقة ثانية من هذا القبيل. لا توجد حدود واضحة بين الأحزمة الداخلية والخارجية - يمر الأول تدريجيًا في الثاني. تختلف هاتان المنطقتان من النشاط الإشعاعي في درجة شحن الجسيمات وتكوينها.
أصبحت هذه المناطق معروفة باسم أحزمة Van Allen. جيمس فان ألين عالم فيزياء ساعدتهم تجربتهيكتشف. وجد العلماء أن هذه الأحزمة تتكون من الرياح الشمسية وجزيئات مشحونة من الأشعة الكونية ، والتي تنجذب إلى الأرض من خلال مجالها المغناطيسي. كل واحد منهم يشكل طارة حول كوكبنا (شكل يشبه دونات).
تم إجراء العديد من التجارب في الفضاء منذ ذلك الوقت. لقد جعلوا من الممكن دراسة الميزات والخصائص الرئيسية لـ RPZ. ليس كوكبنا فقط لديه أحزمة إشعاعية. توجد أيضًا في الأجرام السماوية الأخرى التي لها غلاف جوي ومجال مغناطيسي. تم اكتشاف حزام Van Allen الإشعاعي بفضل مركبة الفضاء الأمريكية بين الكواكب بالقرب من المريخ. بالإضافة إلى ذلك ، وجده الأمريكيون بالقرب من زحل والمشتري.
المجال المغناطيسي ثنائي القطب
لا يحتوي كوكبنا على حزام Van Allen فحسب ، بل يحتوي أيضًا على مجال مغناطيسي ثنائي القطب. إنها مجموعة من الأصداف المغناطيسية المتداخلة داخل بعضها البعض. يشبه هيكل هذا الحقل رأس الملفوف أو البصل. يمكن تخيل الغلاف المغناطيسي كسطح مغلق منسوج من خطوط القوة المغناطيسية. كلما اقتربت الصدفة من مركز ثنائي القطب ، زادت قوة المجال المغناطيسي. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الزخم المطلوب لجسيم مشحون لاختراقه من الخارج يزداد أيضًا.
إذن ، القشرة N لها زخم الجسيمات P . في الحالة التي لا يتجاوز فيها الزخم الأولي للجسيم P ، فإنه ينعكس بواسطة المجال المغناطيسي. ثم يعود الجسيم إلى الفضاء الخارجي. ومع ذلك ، يحدث أيضًا أن ينتهي به الأمر على الغلاف Nth. في هذه الحالةلم تعد قادرة على تركه. سيتم احتجاز الجسيمات المحاصرة حتى تتبدد أو تصطدم بالجو المتبقي وتفقد الطاقة.
في المجال المغناطيسي لكوكبنا ، تقع نفس القشرة على مسافات مختلفة من سطح الأرض عند خطوط طول مختلفة. ويرجع ذلك إلى عدم التوافق بين محور المجال المغناطيسي ومحور دوران الكوكب. يمكن رؤية هذا التأثير بشكل أفضل على الشذوذ المغناطيسي البرازيلي. في هذه المنطقة ، تنزل خطوط القوة المغناطيسية ، وقد تكون الجسيمات المحاصرة التي تتحرك على طولها أقل من 100 كيلومتر في الارتفاع ، مما يعني أنها ستموت في الغلاف الجوي للأرض.
تكوين آر بي جي
داخل حزام الإشعاع ، يختلف توزيع البروتونات والإلكترونات. الأول في الجزء الداخلي منه ، والثاني - في الخارج. لذلك ، في مرحلة مبكرة من الدراسة ، اعتقد العلماء أن هناك أحزمة إشعاعية خارجية (إلكترونية) وداخلية (بروتون) للأرض. في الوقت الحالي ، لم يعد هذا الرأي ذا صلة.
أهم آلية لتوليد الجسيمات التي تملأ حزام Van Allen هي تحلل نيوترونات البياض. وتجدر الإشارة إلى أن النيوترونات تنشأ عندما يتفاعل الغلاف الجوي مع الإشعاع الكوني. يمر تدفق هذه الجسيمات التي تتحرك في الاتجاه من كوكبنا (نيوترونات البياض) عبر المجال المغناطيسي للأرض دون عوائق. ومع ذلك ، فهي غير مستقرة وتتحلل بسهولة إلى إلكترونات وبروتونات ومضادات نيوترينوات إلكترونية. تتحلل نوى البياض المشعة ، التي لها طاقة عالية ، داخل منطقة الالتقاط.هذه هي الطريقة التي يتم بها تجديد حزام Van Allen بالبوزيترونات والإلكترونات.
تخطيط موارد المؤسسات والعواصف المغناطيسية
عندما تبدأ العواصف المغناطيسية القوية ، لا تتسارع هذه الجسيمات فقط ، بل تترك حزام Van Allen المشع ، وتنسكب منه. الحقيقة هي أنه إذا تغير تكوين المجال المغناطيسي ، يمكن غمر نقاط المرآة في الغلاف الجوي. في هذه الحالة ، تفقد الجسيمات طاقتها (فقدان التأين ، تشتت) ، وتغير زوايا ميلها ثم تموت عندما تصل إلى الطبقات العليا من الغلاف المغناطيسي.
RPZ والأضواء الشمالية
حزام Van Allen الإشعاعي محاط بطبقة بلازما ، وهي عبارة عن تيار محاصر من البروتونات (الأيونات) والإلكترونات. أحد أسباب ظاهرة مثل الأضواء الشمالية (القطبية) هو أن الجزيئات تسقط من طبقة البلازما ، وكذلك جزئيًا من ERP الخارجي. الشفق القطبي هو انبعاث ذرات الغلاف الجوي ، والتي تكون متحمسة بسبب الاصطدام بالجسيمات التي سقطت من الحزام.
أبحاث RPZ
تم الحصول على جميع النتائج الأساسية تقريبًا لدراسات مثل هذه التكوينات مثل الأحزمة الإشعاعية في الستينيات والسبعينيات من القرن الماضي. سمحت الملاحظات الحديثة باستخدام المحطات المدارية والمركبات الفضائية بين الكواكب وأحدث المعدات العلمية للعلماء بالحصول على معلومات جديدة مهمة للغاية. تستمر دراسة أحزمة Van Allen حول الأرض في عصرنا. لنتحدث بإيجاز عن أهم الإنجازات في هذا المجال
البيانات الواردة من Salyut-6
باحثون من MEPhI في أوائل الثمانينيات من القرن الماضيفحص تدفقات الإلكترونات ذات المستوى العالي من الطاقة في المنطقة المجاورة مباشرة لكوكبنا. للقيام بذلك ، استخدموا المعدات الموجودة في محطة ساليوت 6 المدارية. سمح للعلماء بعزل تدفقات البوزيترونات والإلكترونات بشكل فعال للغاية ، والتي تتجاوز طاقتها 40 ميغا إلكترون فولت. مر مدار المحطة (الميل 52 درجة ، والارتفاع حوالي 350-400 كم) بشكل أساسي تحت حزام الإشعاع لكوكبنا. ومع ذلك ، فإنه لا يزال يلامس الجزء الداخلي من الشذوذ المغناطيسي البرازيلي. عند عبور هذه المنطقة ، تم العثور على تيارات ثابتة تتكون من إلكترونات عالية الطاقة. قبل هذه التجربة ، تم تسجيل الإلكترونات فقط في ERP ، والتي لم تتجاوز طاقتها 5 MeV.
بيانات من الأقمار الصناعية من سلسلة "Meteor-3"
أجرى باحثون من MEPhI مزيدًا من القياسات على الأقمار الصناعية لكوكبنا من سلسلة Meteor-3 ، حيث كان ارتفاع المدارات الدائرية 800 و 1200 كيلومتر. هذه المرة توغل الجهاز بعمق شديد في RPZ. وأكد النتائج التي تم الحصول عليها في وقت سابق في محطة ساليوت 6. ثم حصل الباحثون على نتيجة مهمة أخرى باستخدام مطياف مغناطيسي مثبت في محطتي مير وساليوت 7. ثبت أن الحزام المستقر المكتشف سابقًا يتكون حصريًا من الإلكترونات (بدون البوزيترونات) ، وطاقتها عالية جدًا (تصل إلى 200 ميغا إلكترون فولت).
اكتشاف الحزام الثابت لنواة CNO
قامت مجموعة من الباحثين من SNNP MSU في أواخر الثمانينيات وأوائل التسعينيات من القرن الماضي بإجراء تجربة تهدف إلىدراسة النوى الموجودة في أقرب فضاء خارجي. أجريت هذه القياسات باستخدام الغرف المتناسبة والمستحلبات الفوتوغرافية النووية. تم تنفيذها على أقمار صناعية من سلسلة كوزموس. اكتشف العلماء وجود تيارات من نوى N و O و Ne في منطقة من الفضاء الخارجي حيث تجاوز مدار قمر صناعي (ميل 52 درجة ، ارتفاع حوالي 400-500 كم) الشذوذ البرازيلي.
كما أظهر التحليل ، هذه النوى ، التي وصلت طاقتها إلى عدة عشرات من MeV / nucleon ، لم تكن من أصل مجري أو أبيض أو شمسي ، لأنها لم تستطع اختراق الغلاف المغناطيسي لكوكبنا بعمق بهذه الطاقة. لذلك اكتشف العلماء المكون الشاذ للأشعة الكونية ، الذي تم التقاطه بواسطة المجال المغناطيسي.
الذرات منخفضة الطاقة في المادة بين النجوم قادرة على اختراق الغلاف الشمسي. ثم يؤينهم الأشعة فوق البنفسجية للشمس مرة أو مرتين. يتم تسريع الجسيمات المشحونة الناتجة بواسطة جبهات الرياح الشمسية ، لتصل إلى عدة عشرات من MeV / nucleon. ثم يدخلون الغلاف المغناطيسي ، حيث يتم التقاطهم وتأينهم بالكامل.
حزام شبه ثابت من البروتونات والإلكترونات
في 22 مارس 1991 ، حدث توهج قوي على الشمس ، صاحبه طرد كتلة ضخمة من المادة الشمسية. وصلت إلى الغلاف المغناطيسي بحلول 24 مارس وغيرت منطقتها الخارجية. اندفعت جزيئات الرياح الشمسية ، ذات الطاقة العالية ، إلى الغلاف المغناطيسي. وصلوا إلى المنطقة التي كان يوجد فيها بعد ذلك CRESS ، القمر الصناعي الأمريكي. مثبتة عليهسجلت الأجهزة زيادة حادة في البروتونات ، التي تراوحت طاقتها من 20 إلى 110 ميجا فولت ، وكذلك الإلكترونات القوية (حوالي 15 ميجا فولت). هذا يشير إلى ظهور حزام جديد. أولاً ، لوحظ وجود الحزام شبه الثابت على عدد من المركبات الفضائية. ومع ذلك ، فقط في محطة مير تمت دراستها طوال عمرها الافتراضي ، وهو حوالي عامين.
بالمناسبة ، في الستينيات من القرن الماضي ، نتيجة لانفجار الأجهزة النووية في الفضاء ، ظهر حزام شبه ثابت ، يتكون من إلكترونات ذات طاقات منخفضة. استمرت حوالي 10 سنوات. الشظايا المشعة من الانشطار اضمحلت والتي كانت مصدر الجسيمات المشحونة.
هل توجد لعبة RPG على القمر
القمر الصناعي لكوكبنا يفتقر إلى حزام Van Allen الإشعاعي. بالإضافة إلى ذلك ، ليس لديها جو وقائي. سطح القمر معرض للرياح الشمسية. إن حدوث توهج شمسي قوي ، إذا حدث أثناء رحلة استكشافية إلى القمر ، سيحرق رواد الفضاء والكبسولات ، حيث سيكون هناك تيار هائل من الإشعاع الذي سيتم إطلاقه ، وهو أمر قاتل.
ممكن تحمي نفسك من الاشعاع الكوني
هذا السؤال محل اهتمام العلماء لسنوات عديدة. في الجرعات الصغيرة ، الإشعاع ، كما تعلم ، ليس له أي تأثير عمليًا على صحتنا. ومع ذلك ، فهي آمنة فقط عندما لا تتجاوز عتبة معينة. هل تعلم ما هو مستوى الإشعاع خارج حزام فان ألين على سطح كوكبنا؟ عادة لا يتجاوز محتوى جزيئات الرادون والثوريوم 100 بيكريل لكل متر واحد3. داخل RPZهذه الأرقام أعلى من ذلك بكثير
بالطبع ، تعتبر الأحزمة الإشعاعية في Van Allen Land خطيرة جدًا على البشر. تمت دراسة تأثيرها على الجسم من قبل العديد من الباحثين. أخبر العلماء السوفييت في عام 1963 برنارد لوفيل ، عالم الفلك البريطاني المعروف ، أنهم لا يعرفون وسيلة لحماية الإنسان من التعرض للإشعاع في الفضاء. وهذا يعني أنه حتى القذائف ذات الجدران السميكة للأجهزة السوفيتية لم تستطع التعامل معها. كيف أنحف معدن مستخدم في الكبسولات الأمريكية ، مثل الرقائق تقريبًا ، يحمي رواد الفضاء؟
وفقًا لوكالة ناسا ، فقد أرسلت رواد فضاء إلى القمر فقط عندما لم يكن من المتوقع حدوث توهجات ، وهو ما تستطيع المنظمة التنبؤ به. هذا ما جعل من الممكن تقليل خطر الإشعاع إلى الحد الأدنى. ومع ذلك ، يجادل خبراء آخرون بأنه لا يمكن للمرء إلا التنبؤ تقريبًا بتاريخ الانبعاثات الكبيرة.
حزام فان ألين والطيران إلى القمر
ليونوف ، رائد فضاء سوفيتي ، ذهب مع ذلك إلى الفضاء الخارجي في عام 1966. ومع ذلك ، كان يرتدي بدلة رصاص ثقيلة للغاية. وبعد 3 سنوات ، كان رواد الفضاء من الولايات المتحدة يقفزون على سطح القمر ، ومن الواضح أنهم ليسوا ببدلات الفضاء الثقيلة. ربما ، على مر السنين ، تمكن متخصصو ناسا من اكتشاف مادة فائقة الخفة تحمي رواد الفضاء من الإشعاع بشكل موثوق؟ لا تزال الرحلة إلى القمر تثير العديد من الأسئلة. ومن الحجج الرئيسية لمن يعتقد أن الأمريكان لم يهبطوا عليها وجود الأحزمة الإشعاعية.
