Centură de radiații

Centura de radiații  este o regiune a magnetosferelor planetelor , în care particulele încărcate cu energie înaltă (în principal protoni și electroni ) care au intrat în magnetosferă se acumulează și sunt reținute .

Centura de radiații a Pământului

Un alt nume (de obicei în literatura occidentală) este centura de radiații Van Allen . 

În interiorul magnetosferei, ca în orice câmp dipol, există regiuni inaccesibile particulelor cu o energie cinetică E mai mică decât cea critică. Aceleași particule cu energie E < E cr , care sunt deja acolo, nu pot părăsi aceste regiuni. Aceste regiuni interzise ale magnetosferei se numesc zone de captare. Fluxuri semnificative de particule captate (în primul rând protoni și electroni) sunt într-adevăr reținute în zonele de captare ale câmpului dipol (cvasi-dipol) al Pământului.

Centura de radiații în prima aproximare este un toroid , în care se disting două zone:

Înălțimea limitei inferioare a centurii de radiații se modifică la aceeași latitudine geografică în longitudini datorită înclinării axei câmpului magnetic al Pământului față de axa de rotație a Pământului , iar la aceeași longitudine geografică se modifică în latitudini datorită propriei forme de centura de radiații, datorită înălțimii diferite a liniilor de forță ale câmpului magnetic al Pământului. De exemplu, peste Atlantic , creșterea intensității radiațiilor începe la o altitudine de 500 km, iar peste Indonezia la o altitudine de 1300 km. Dacă aceleași grafice sunt construite în funcție de inducția magnetică , atunci toate măsurătorile se vor potrivi pe o curbă, ceea ce confirmă încă o dată natura magnetică a captării particulelor.

Între centurile de radiații interioare și exterioare există un decalaj situat în intervalul de la 2 la 3 raze Pământului . Fluxurile de particule în centura exterioară sunt mai mari decât în ​​cea interioară. Compoziția particulelor este, de asemenea, diferită: protoni și electroni în centura interioară, electroni în exterior. Utilizarea detectorilor neecranați a extins foarte mult cunoștințele despre centurile de radiații. Au fost detectați electroni și protoni cu energii de câteva zeci și, respectiv, sute de kiloelectronvolți. Aceste particule au o distribuție spațială semnificativ diferită (comparativ cu cele penetrante).

Intensitatea maximă a protonilor de joasă energie este situată la o distanță de aproximativ 3 raze a Pământului față de centrul acestuia (aproximativ la o altitudine de 12.500 km de la suprafață). Electronii cu energie scăzută umplu întreaga regiune de captare. Pentru ei nu există o împărțire în curele interioare și exterioare. Particulele cu energii de zeci de keV sunt atribuite în mod neobișnuit razelor cosmice , dar centurile de radiații sunt un singur fenomen și ar trebui studiate împreună cu particulele de toate energiile.

Fluxul de protoni în centura interioară este destul de stabil în timp. Primele experimente au arătat că electronii de înaltă energie ( E > 1–5 MeV ) sunt concentrați în centura exterioară. Electronii cu energii mai mici de 1 MeV umplu aproape întreaga magnetosferă. Centura interioară este foarte stabilă, în timp ce cea exterioară se confruntă cu fluctuații ascuțite.

Istoricul descoperirilor

Existența centurii de radiații a fost descoperită pentru prima dată de omul de știință american James Van Allen în februarie 1958 la analiza datelor de la satelitul American Explorer 1 și a fost dovedită în mod convingător prin înregistrarea unui nivel de radiații în schimbare periodică pe o orbită completă special modificată de Van Allen pentru a studia. fenomenul descoperit al satelitului Explorer. 3 ". Descoperirea lui Van Allen a fost anunțată la 1 mai 1958 și a găsit curând o confirmare independentă în datele sovietice Sputnik-3 . O re-analiză ulterioară a datelor de la Sputnikul 2 sovietic anterior a arătat că centurile de radiații au fost înregistrate și de echipamentele sale concepute pentru a analiza activitatea solară, dar citirile ciudate ale senzorului solar nu au putut atunci să ofere interpretarea corectă. Absența echipamentului de înregistrare pe Sputnik a afectat negativ și prioritatea sovietică (nu a fost prevăzută pe Sputnik-2, dar s-a rupt pe Sputnik-3), din cauza căreia datele obținute s-au dovedit a fi fragmentare și nu au dat o imagine completă. imaginea schimbării radiației cu altitudinea și prezența în spațiul apropiat de Pământ a nu doar radiației cosmice, ci a unei „centuri” caracteristice care acoperă doar anumite înălțimi. Cu toate acestea, echipamentul mai divers al Sputnik-3 a ajutat la clarificarea „compoziției” centurii interioare. La sfârșitul anului 1958, analiza datelor de la Pioneer 3 și puțin mai târziu Luna 1 a dus la descoperirea existenței unei centuri exterioare de radiații, iar exploziile nucleare americane la mare altitudine au demonstrat că oamenii pot influența centurile de radiații ale Pământului. Analiza acestor date a dus la formarea treptată, de la mijlocul anului 1959, a ideilor moderne despre existența a două centuri de radiații în jurul Pământului și mecanismele formării lor.

Istoricul cercetării

La 30 august 2012, două sonde identice RBSP ( Radiation Belt Storm Probes ) au fost lansate din cosmodromul Cape Canaveral folosind o rachetă Atlas V 410 pe o orbită extrem de eliptică cu o altitudine de apogeu de aproximativ 30 de mii de kilometri , concepute pentru a studia centurile de radiații. . Ulterior, au fost redenumite „Van Allen Probes” ( Van Allen Probes ). Au fost necesare două dispozitive pentru a distinge modificările asociate cu trecerea de la o zonă la alta, de modificările care au loc în curelele în sine [1] . Unul dintre principalele rezultate ale acestei misiuni a fost descoperirea celei de-a treia centuri de radiații, care apare pentru scurt timp de ordinul a câteva săptămâni. Din octombrie 2019, ambele sonde și-au încheiat activitatea, prima pe 19 iulie, a doua pe 18 octombrie.

Centurile de radiații ale planetelor

Datorită prezenței unui câmp magnetic puternic , planetele gigantice ( Jupiter , Saturn , Uranus și Neptun ) au, de asemenea, centuri de radiații puternice, care amintesc de centura de radiații exterioară a Pământului . Sondele spațiale sovietice și americane au arătat că Venus, Marte , Mercur și Luna nu au centuri de radiații.

Istoricul cercetării

Emisia radio din centura de radiații a lui Jupiter a fost descoperită pentru prima dată în 1955 , dar natura radiației a rămas apoi neclară. Măsurătorile directe în centura de radiații a lui Jupiter au fost făcute pentru prima dată de nava spațială Pioneer 10 , care a trecut prin regiunea sa cea mai densă în 1973 .

Implicații pentru călătoriile în spațiu

O navă spațială care se deplasează dincolo de orbita joasă a Pământului intră în centurile de radiații. În afara centurii, se confruntă cu pericole suplimentare de radiații din cauza razelor cosmice și a furtunilor solare cu protoni . Zona dintre centurile de radiații interioare și exterioare, situată la o distanță de două până la trei raze Pământului , este uneori numită „zona de siguranță” [2] [3] .

Radiațiile pot deteriora panourile solare , circuitele integrate și senzorii . De asemenea , componentele electronice ale navelor spațiale sunt uneori deteriorate de furtunile geomagnetice . Pentru a asigura funcționarea fiabilă pe sateliți, este necesar să utilizați electronice rezistente la radiații . Dar chiar dacă electronica nu eșuează, efectul nivelurilor crescute de radiație asupra senzorilor sensibili duce la citiri incorecte. Din această cauză, în special, este imposibil să se efectueze observații cu telescopul orbital Hubble atunci când se trece prin regiunea anomaliei magnetice braziliene [4] . Un satelit protejat de un strat de aluminiu de 3 mm grosime pe o orbită eliptică de 320 × 32000 km care trece prin centurile de radiații va primi aproximativ 2500 rem (25 Sv ) pe an (pentru comparație, o doză de 5 Sv pentru întregul corp este letală). ). În acest caz, aproape toată radiația va fi primită la trecerea prin centura interioară [5] .

Pentru prima dată, oamenii au traversat centurile de radiații în timpul zborurilor din cadrul programului Apollo . A fost unul dintre numeroasele pericole de radiații cunoscute la momentul pregătirii zborului [6] . Astronauții au primit doze mici de radiații în centurile de radiații din cauza timpului scurt de zbor prin ele. Căile de zbor ale lui Apolo se întindeau în afara regiunii celei mai intense radiații [7] [8] .

Principala contribuție la expunerea astronauților a fost făcută de particulele solare în momentul în care acestea se aflau în afara câmpului magnetic al Pământului. Doza totală absorbită primită de astronauți a variat de la zbor la zbor și a variat de la 0,16 la 1,14 rad (de la 1,6 la 11,4 mSv ), ceea ce este mult mai mică decât doza standard de 5 rem (50 mSv ) pe an, stabilită de US Atomic. Comisia de energie pentru persoanele care lucrează cu radiații [6] .

Note

  1. ↑ Lansarea sondelor RBSP a fost amânată din nou, de data aceasta din cauza vremii nefavorabile Copie de arhivă din 27 noiembrie 2012 la Wayback Machine
  2. ↑ Centurile de radiații ale Pământului cu  orbită în zonă de siguranță . NASA/GSFC. Consultat la 27 aprilie 2009. Arhivat din original pe 22 noiembrie 2009.
  3. ↑ Weintraub, Rachel A. Zona sigură a Pământului a devenit zonă fierbinte în timpul furtunilor solare legendare  . NASA/GSFC (15 decembrie 2004). Consultat la 27 aprilie 2009. Arhivat din original pe 7 mai 2016.
  4. ↑ Donna Weaver. Hubble atinge reperul: a 100.000-a  expunere . Baltimore, MD: Institutul de Știință al Telescopului Spațial (18 iulie 1996). Consultat la 25 ianuarie 2009. Arhivat din original la 25 iunie 2016.
  5. ↑ Andy Ptak. Întrebați un astrofizician  (engleză)  (downlink) . NASA/GSFC (1997). Consultat la 11 iunie 2006. Arhivat din original pe 22 martie 2009.
  6. ↑ 1 2 J. Vernon Bailey. Protecție împotriva radiațiilor și instrumentație  . Rezultatele biomedicale ale lui Apollo . Consultat la 13 iunie 2011. Arhivat din original pe 4 iunie 2011.
  7. ↑ Amy Shira Teitel. Apollo a zburat prin centurile Van  Allen . Popular science (19 septembrie 2014). Preluat la 12 iunie 2019. Arhivat din original la 17 iunie 2019.
  8. ↑ W. David Woods. Cum a zburat Apollo pe Lună. — New York: Springer-Verlag , 2008. — ISBN 978-0-387-71675-6 .

Literatură

Link -uri

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
În cataloagele bibliografice