Радіаційні пояса ван-аллена

Відомо, що в магнітосфері Землі розташовуються два радіаційних пояса, які містять заряджені частинки сонячного вітру, захоплені магнітним полем Землі. Вони називаються радіаційними поясами Ван-Аллена (Van Allen Belt).

Хоча американець Ван-Аллен відкрив тільки внутрішній пояс, а відкривачами зовнішнього радіаційного поясу є радянські вчені Вернов і Чудаков. Внутрішній пояс знаходиться на висоті від 3 до 12 тис.км над поверхнею Землі, а зовнішній - на висоті від 18 до 57 тисяч км. Внутрішній складається головним чином з протонів, а зовнішній - з електронів. Хоча поділ на внутрішній і зовнішній пояса є досить умовним, оскільки всі навколоземний простір заповнений зарядженими частинками, які рухаються в магнітному полі Землі.

Наявність радіаційних поясів і їх характеристики враховуються при проектуванні супутників, оскільки тривале перебування електронної техніки в таких умовах може призвести до поломками. Небезпечні радіаційні пояси і для екіпажів космічних кораблів (правда, до цих пір крізь радіаційні пояси Землі проходили тільки американські кораблі "Аполлон", що прямували до Місяця). Між радіаційними поясами знаходиться так звана безпечна зона. Ось уже майже 40 років серед вчених ведуться дебати на тему того, як саме сформувалася ця безпечна зона і як відбувається процес її "очищення" від заряджених частинок. Раніше вважалося, що енергія сонячної радіації розсіюється радіохвилями йдуть безпосередньо від області електромагнітного сплеску, що виникає внаслідок сонячної бурі.

Недавні дослідження, у фінансуванні яких брало участь космічне агентство NASA, дали досить несподівані результати. Як виявилося, за "розчищення" безпечної зони висотою в кілька тисяч кілометрів відповідають звичайні блискавки в атмосфері. які під час гроз виблискують на висоті всього лише 3-5 кілометрів над поверхнею Землі. А в верхніх шарах їх називають блакитною джет, тайгерт, спрайт і ельфи.

Блискавка - це не тільки яскравий спалах світла. Під час блискавки генеруються також і радіохвилі.

Траєкторія поширення цих радіохвиль викривляється під дією електрично зарядженого газу, захопленого магнітним полем Землі, в результаті чого радіохвилі спрямовуються в оточуюче нашу планету космічний простір. У внутрішньому радіаційному поясі вони взаємодіють із зарядженими частинками, віднімають у них частину їх енергії і змінюють напрямок їх руху.

В результаті цієї взаємодії дзеркальна точка, від якої "відображаються" заряджені частинки при їх русі в магнітному полі Землі від північного полюса до південного і назад, спускається вниз і виявляється в атмосфері Землі. А в атмосфері заряджені частинки з радіаційних поясів стикаються з атмосферними частками і втрачають свою енергію.

Так на думку вчених і відбувається "очищення" радіаційного поясу, нехай і короткочасна, але постійна (так як блискавки виблискують кожен день).

Для підтвердження даної теорії, вчені використовували глобальну карту активності блискавок, зроблену за допомогою наукового супутника Micro Lab 1. Використовувалися дані з радіо-камери Radio Plasma Imager, встановленої на супутнику IMAGE (Imager for Magnetopause Aurora Global Exploration), а також архівні дані з космічного апарату Dynamics Explorer. В результаті обробки цих даних не було виявлено кореляції радіо-магнітних збурень в моменти найбільш високої сонячної активності. Виявилося, що заряджені частинки розподіляються і накопичуються в магнітосфері Землі. Протягом декількох днів після магнітної бурі, цей надлишок частинок поступово нейтралізується потужними розрядами блискавок.

Був у США такий проект під назвою "Starfish Prime". У його завдання входило вивчення ядерного вибуху в умовах космічного простору.

Практично повна відсутність повітря на висоті 400 км на перешкоді утворенню звичного ядерного гриба. Однак при висотному ядерному вибуху спостерігалися інші цікаві ефекти. На Гаваях на відстані 1500 кілометрів від епіцентру вибуху під впливом електромагнітного імпульсу три сотні вуличних ліхтарів, телевізори, радіоприймачі та інша електроніка вийшли з ладу. У небі в цьому регіоні більше семи хвилин можна було спостерігати заграву. Його спостерігали і зняли на плівку з островів Самоа, розташованих в 3200 кілометрах від епіцентру.

Вибух вплинув і на космічні апарати. Три супутника були відразу виведені з ладу електромагнітним імпульсом. Заряджені частинки, що з'явилися в результаті вибуху, були захоплені магнітосферою Землі, в результаті чого їх концентрація в радіаційному поясі Землі збільшилася на 2-3 порядки. Вплив радіаційного поясу привело до дуже швидкої деградації сонячних батарей і електроніки ще у семи супутників, в тому числі і у першого комерційного телекомунікаційного супутника Телстар 1. В цілому вибух вивів з ладу третину космічних апаратів, які перебували на низьких орбітах в момент вибуху. Проте, протягом недовгого часу, концентрація заряджених частинок в радіаційному поясі Землі знову повернулася до норми, нейтралізована потужними розрядами блискавок.

1. У періоди раптових сонячних магнітних бур, відомих як інжекції корональної маси або ІКМ, у внутрішню магнітосферу Землі впорскується щільний пучок електронів з енергією більше 50 МеВ.

2. У радіаційних поясах Ван Аллена, що оточують Землю, виникає новий пояс. Він містить іони, характерні для складу зірок.