Sugárzó öv

A sugárzási öv a bolygók magnetoszférájának  egy olyan tartománya , amelyben a magnetoszférába bekerült nagy energiájú töltött részecskék (főleg protonok és elektronok ) felhalmozódnak és megmaradnak .

A Föld sugárzási öve

Egy másik név (általában a nyugati irodalomban) a Van Allen sugárzási öv . 

A magnetoszférán belül, mint minden dipólustérben, vannak olyan részecskék számára elérhetetlen területek, amelyek kinetikus energiája E kisebb, mint a kritikus. Ugyanazok az E < E cr energiájú részecskék , amelyek már ott vannak, nem hagyhatják el ezeket a régiókat. A magnetoszférának ezeket a tiltott területeit befogási zónáknak nevezzük. A csapdába esett részecskék (elsősorban protonok és elektronok) jelentős fluxusai valóban megmaradnak a Föld dipólus (kvázi-dipólus) mezejének befogási zónáiban .

A sugárzási öv az első közelítésben egy toroid , amelyben két területet különböztetünk meg:

• a belső sugárzási öv ≈ 4000 km magasságban, amely főként több tíz MeV energiájú protonokból áll ;
• a külső sugárzási öv ≈ 17 000 km magasságban, amely főleg több tíz keV energiájú elektronokból áll .

A sugárzási öv alsó határának magassága ugyanazon földrajzi szélességi fokon változik a Föld mágneses tér tengelyének a Föld forgástengelyéhez viszonyított hajlása miatt , és ugyanazon földrajzi hosszúságon változik a szélességi fokokban saját alakja miatt. a sugárzási öv, a Föld mágneses mezejének erővonalainak eltérő magassága miatt. Például az Atlanti -óceán felett a sugárzás intenzitása 500 km-es magasságban kezdődik, Indonézia felett pedig 1300 km-es magasságban. Ha ugyanazokat a grafikonokat állítjuk össze a mágneses indukció függvényében , akkor minden mérés egy görbére fog illeszkedni, ami ismét megerősíti a részecskebefogás mágneses természetét.

A belső és külső sugárzási öv között 2-3 földsugár tartományban rés van. A külső övben a részecskék áramlása nagyobb, mint a belsőben. A részecskék összetétele is eltérő: protonok és elektronok a belső övben, elektronok a külsőben. Az árnyékolatlan detektorok használata nagymértékben bővítette a sugárzási övekről szóló ismereteket. Több tíz, illetve több száz kiloelektronvolt energiájú elektronokat és protonokat észleltek. Ezek a részecskék jelentősen eltérő térbeli eloszlásúak (a behatolókhoz képest).

Az alacsony energiájú protonok maximális intenzitása a Föld középpontjától körülbelül 3 sugarú távolságra található (kb. 12 500 km-es magasságban a felszíntől). Az alacsony energiájú elektronok kitöltik a teljes befogási tartományt. Számukra nincs felosztás belső és külső övekre. A több tíz keV energiájú részecskéket szokatlanul a kozmikus sugaraknak tulajdonítják , de a sugárzási övek egyetlen jelenség, és minden energiájú részecskével együtt kell tanulmányozni őket.

A protonáram a belső övben az idő múlásával meglehetősen stabil. Az első kísérletek azt mutatták, hogy a nagy energiájú elektronok ( E > 1-5 MeV ) a külső övben koncentrálódnak. Az 1 MeV -nál kisebb energiájú elektronok szinte az egész magnetoszférát kitöltik. A belső öv nagyon stabil, míg a külső éles ingadozásokat tapasztal.

Felfedezési előzmények

A sugárzási öv létezését először James Van Allen amerikai tudós fedezte fel 1958 februárjában, amikor az amerikai Explorer 1 műhold adatait elemezte, és meggyőzően bizonyította, hogy periodikusan változó sugárzási szintet rögzítettek egy teljes pályán, amelyet Van Allen speciálisan tanulmányozás céljából módosított. az Explorer műhold felfedezett jelensége. 3 ". Van Allen felfedezését 1958. május 1-jén jelentették be, és hamarosan független megerősítést találtak a szovjet Szputnyik-3 adataiban . A korábbi szovjet Szputnyik 2 adatainak későbbi újraelemzése kimutatta, hogy a sugárzási sávokat annak naptevékenység-elemző berendezése is rögzítette, de a napérzékelő furcsa leolvasásai ekkor nem tudták a helyes értelmezést adni. A Szputnyik rögzítőberendezésének hiánya szintén negatívan befolyásolta a szovjet prioritást (a Szputnyik-2-n nem biztosították, de a Szputnyik-3-on elromlott), ami miatt a kapott adatok töredékesnek bizonyultak, és nem adnak teljes képet. kép a sugárzás változásáról a magassággal és a Föld-közeli térben nemcsak kozmikus sugárzás, hanem csak bizonyos magasságokat lefedő jellegzetes "öv" jelenlétéről. A Szputnyik-3 változatosabb felszerelése azonban segített tisztázni a belső öv "összetételét". 1958 végén a Pioneer 3 és valamivel később a Luna 1 adatainak elemzése egy külső sugárzási öv létezésének felfedezéséhez vezetett, és az amerikai nagy magasságú nukleáris robbanások bizonyították, hogy az ember képes befolyásolni a Föld sugárzási öveit. Ezen adatok elemzése nyomán 1959 közepétől fokozatosan kialakultak a modern elképzelések a Föld körüli két sugárzási öv létezéséről és kialakulásuk mechanizmusairól.

Kutatástörténet

2012. augusztus 30-án két egyforma RBSP ( Radiation Belt Storm Probes ) szondát indítottak a Cape Canaveral kozmodrómból egy Atlas V 410 rakétával egy erősen elliptikus pályára , körülbelül 30 ezer kilométeres apogeummagasságban , a sugárzási övek tanulmányozására. . Ezt követően átkeresztelték őket "Van Allen Probes"-ra ( Van Allen Probes ). Két eszközre volt szükség ahhoz, hogy az egyik területről a másikra való átmenettel kapcsolatos változásokat meg lehessen különböztetni az övekben bekövetkező változásoktól [1] . Ennek a küldetésnek az egyik fő eredménye a harmadik sugárzási öv felfedezése volt, amely rövid időre, több hetes nagyságrendben jelenik meg. 2019 októberében mindkét szonda befejezte munkáját, az első július 19-én, a második október 18-án.

Bolygók sugárzási övei

Az erős mágneses tér jelenléte miatt az óriásbolygók ( Jupiter , Szaturnusz , Uránusz és Neptunusz ) erős sugárzási övvel is rendelkeznek, ami a Föld külső sugárzási övére emlékeztet . A szovjet és amerikai űrszondák kimutatták, hogy a Vénusz, a Mars , a Merkúr és a Hold nem rendelkezik sugárzási övvel.

Kutatástörténet

A Jupiter sugárzási övéből származó rádiósugárzást először 1955 -ben fedezték fel , de a sugárzás természete ezután tisztázatlan maradt. A Jupiter sugárzási övében végzett közvetlen méréseket először a Pioneer 10 űrszonda végezte, amely 1973 -ban haladt át a legsűrűbb régión .

Az űrutazás következményei

Az alacsony földi pályán túl haladó űrhajó belép a sugárzónákra. Az öveken kívül további sugárzási veszélyekkel kell szembenéznie a kozmikus sugarak és a nap-proton viharok miatt . A belső és külső sugárzónák közötti, két-három földsugárnyi távolságra lévő területet néha "biztonsági zónának" [2] [3] nevezik .

A sugárzás károsíthatja a napelemeket , az integrált áramköröket és az érzékelőket . Emellett az űrhajók elektronikus alkatrészeit is néha megsértik a geomágneses viharok . A műholdakon való megbízható működés érdekében sugárzásálló elektronikát kell használni . De még ha az elektronika nem is hibásodik meg, a megnövekedett sugárzás hatása az érzékeny érzékelőkre hibás leolvasásokhoz vezet. Emiatt különösen lehetetlen megfigyeléseket végezni a Hubble orbitális teleszkóppal , amikor áthaladunk a brazil mágneses anomália területén [4] . Egy 3 mm vastag alumíniumréteggel védett műhold, amely 320 × 32000 km-es elliptikus pályán halad át a sugárzónákon, évente körülbelül 2500 remet (25 Sv ) kap (összehasonlításképpen: 5 Sv dózis az egész testre nézve halálos) ). Ebben az esetben a belső övön való áthaladáskor szinte az összes sugárzást megkapja [5] .

Először lépték át az emberek a sugárzási öveket az Apollo-program repülései során . Egyike volt a számos sugárzási veszélynek a repülési előkészületek idején [6] . Az űrhajósok alacsony dózisú sugárzást kaptak a sugárzónákban a rövid átrepülési idő miatt. Az Apollós repülési útvonala a legintenzívebb sugárzás tartományán kívül feküdt [7] [8] .

Az űrhajósok expozíciójához a napelemek járultak hozzá leginkább abban a pillanatban, amikor a Föld mágneses mezején kívül voltak. Az űrhajósok által kapott teljes elnyelt dózis repülésről repülésre változott, és 0,16 és 1,14 rad (1,6 és 11,4 mSv között ) között mozgott, ami jóval kevesebb, mint a US Atomic által megállapított, évi 5 rem (50 mSv ) standard dózis. A sugárzással foglalkozó személyek energiaügyi bizottsága [6] .

Jegyzetek

1. ↑ Az RBSP szondák indítását ismét elhalasztották, ezúttal a rossz időjárás miatt . A Wayback Machine 2012. november 27-i archív példánya
2. ↑ A Föld sugárzási övei biztonságos zóna  pályával . NASA/GSFC. Letöltve: 2009. április 27. Az eredetiből archiválva : 2009. november 22..
3. ↑ Weintraub, Rachel A. A Föld biztonságos zónája forró zónává vált a legendás napviharok során  . NASA/GSFC (2004. december 15.). Letöltve: 2009. április 27. Az eredetiből archiválva : 2016. május 7..
4. ↑ Donna Weaver. A Hubble elérte a mérföldkövet: 100 000.  expozíció . Baltimore, MD: Space Telescope Science Institute (1996. július 18.). Letöltve: 2009. január 25. Az eredetiből archiválva : 2016. június 25.
5. ↑ Andy Ptak. Kérdezzen meg egy asztrofizikust  (angolul)  (downlink) . NASA/GSFC (1997). Letöltve: 2006. június 11. Az eredetiből archiválva : 2009. március 22..
6. ↑ 1 2 J. Vernon Bailey. Sugárvédelem és műszerek  . Az Apollo orvosbiológiai eredményei . Letöltve: 2011. június 13. Az eredetiből archiválva : 2011. június 4..
7. ↑ Amy Shira Teitel. » Videó » Letöltés Kutató Apollo Rocketed Through the Van Allen  Belts Kedvencekhez Népszerű tudomány (2014. szeptember 19.). Letöltve: 2019. június 12. Az eredetiből archiválva : 2019. június 17.
8. ↑ W. David Woods. Hogyan repült Apolló a Holdra. — New York: Springer-Verlag , 2008. — ISBN 978-0-387-71675-6 .

Irodalom

• Murzin SV Bevezetés a kozmikus sugarak fizikájába. — M.: Atomizdat , 1979.
• A világűr modellje  : 3 kötetben - M .: Moszkvai Állami Egyetem Kiadója , 1976.
• Vernov S. N., Vakulov P. V., Logachev Yu . - M., 1968. - S. 106.
• Űrfizika: ford. angolból .  - M., 1966.
• Tverskoy B. A. A Föld sugárzási öveinek dinamikája, - M., 1968.
• Roederer H. A geomágneses tér által befogott sugárzás dinamikája: Per. angolról. - M., 1972.
• Hess V. Sugárzási öv és magnetoszféra: Per. angolról. - M., 1972.
• Shabansky V. P. Jelenségek a Föld-közeli térben. - M., 1972.
• Galperin Yu. I., Gorn L. S., Khazanov B. I. Sugárzás mérése az űrben. - M., 1972.
• Adams, L.; Daly, EJ; Harboe-Sorensen, R.; Holmes-Siedle, AG; Ward, A.K.; Bull, RA A SEU és a teljes dózis mérése geostacionárius pályán normál és napkitörési körülmények között  //  IEEE Transactions on Nuclear Science : folyóirat. - 1991. - December ( 38. évf. , 6. sz.). - P. 1686-1692 . - doi : 10.1109/23.124163 . - Iránykód .
• Holmes-Siedle, Andrew; Adams, Len. Handbook of Radiation Effects (angol) . — 2. — Oxford; New York: Oxford University Press , 2002. - ISBN 0-19-850733-X . 
• Shprits, Yuri Y.; Elkington, Scott R.; Meredith, Nigel P.; Subbotin, Dmitriy A. A relativisztikus elektronok veszteségeinek és forrásainak modellezésének áttekintése a külső sugárzási övben  //  Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics : folyóirat. - 2008. - november ( 70. évf. , 14. sz.). I. rész: Radiális szállítás, pp. 1679-1693, doi : 10.1016/j.jastp.2008.06.008 ; II. rész: Helyi gyorsulás és veszteség, pp. 1694-1713, doi : 10.1016/j.jastp.2008.06.014

Linkek

• A Föld magnetoszférájának felfedezése: 1. és  3. felfedezők
• A. M. Galper, A Föld sugárzási öve  (orosz)
• A Föld sugárzási övei, cikk a Yantar Kutató és Termelő  Vállalat honlapján
• Logachev Yu. I. A Föld sugárzónái: felfedezés és első kutatás . Archiválva az eredetiből: 2019. szeptember 5. (Orosz)
• Sötét VV A Föld sugárzási öveinek felfedezésének története: ki, mikor és hogyan? . (Orosz)

Szótárak és enciklopédiák	Nagy dán Nagy katalán nagy kínai Britannica (online)
Bibliográfiai katalógusokban	BNF : 11979019w GND : 4187401-8 J9U : 987007531849505171 LCCN : sh85141956 SUDOC : 027833658