Радиационный пояс

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Видеоиллюстрация активности радиационных поясов
Схема внутреннего и внешнего радиационных поясов

Радиацио́нный по́яс — область магнитосфер планет, в которой накапливаются и удерживаются проникшие в магнитосферу высокоэнергичные заряженные частицы (в основном протоны и электроны).

Радиационный пояс Земли[править | править вики-текст]

РПЗ (пояс Ван Аллена)

Другое название (обычно в западной литературе) — «радиационный пояс Ван Аллена» (англ. Van Allen radiation belt).

Внутри магнитосферы, как и в любом дипольном поле, есть области, недоступные для частиц с кинетической энергией E, меньше критической. Те же частицы с энергией E < Екр, которые все-таки уже там находятся, не могут эти области покинуть. Эти запрещённые области магнитосферы называются зонами захвата. В зонах захвата дипольного (квазидипольного) поля Земли действительно удерживаются значительные потоки захваченных частиц (прежде всего, протонов и электронов).

Радиационный пояс Земли (внутренний) был предсказан советскими учёными С. Н. Верновым и А. Е. Чудаковым, а также американским учёным Джеймсом ван Алленом. Существование радиационного пояса было подтверждено аппаратом «Спутник-3», запущенным в 1958 году. Радиационный пояс в первом приближении представляет собой тороид, в котором выделяются две области:

  • внутренний радиационный пояс на высоте ≈ 4000 км, состоящий преимущественно из протонов с энергией в десятки МэВ;
  • внешний радиационный пояс на высоте ≈ 17 000 км, состоящий преимущественно из электронов с энергией в десятки кэВ.

Зависимость положения нижней границы радиационного пояса — долготная. Над Атлантикой возрастание интенсивности излучения начинается на высоте 500 км, а над Индонезией на высоте 1300 км. Если те же графики построить в зависимости от магнитной индукции, то все измерения уложатся на одну кривую, что ещё раз подтверждает магнитную природу захвата частиц.

Между внутренним и внешним радиационными поясами имеется щель, расположенная в интервале от 2 до 3 радиусов Земли. Потоки частиц во внешнем поясе больше, чем во внутреннем. Различен и состав частиц: во внутреннем поясе протоны и электроны, во внешнем — электроны. Применение неэкранированных детекторов существенно расширило сведения о радиационных поясах. Были обнаружены электроны и протоны с энергией несколько десятков и сотен килоэлектронвольт соответственно. Эти частицы имеют существенно иное пространственное распределение (по сравнении с проникающими).

Максимум интенсивности протонов низких энергий расположен на расстоянии около 3 радиусов Земли от её центра. Малоэнергичные электроны заполняют всю область захвата. Для них нет разделения на внутренний и внешний пояса. Частицы с энергией десятки кэВ непривычно относить к космическим лучам, однако радиационные пояса представляют собой единое явление и должны изучаться в комплексе с частицами всех энергий.

Поток протонов во внутреннем поясе довольно устойчив во времени. Первые эксперименты показали, что электроны высокой энергии (E > 1—5 МэВ) сосредоточены во внешнем поясе. Электроны с энергией меньше 1 МэВ заполняют почти всю магнитосферу. Внутренний пояс очень стабилен, тогда как внешний испытывает резкие колебания.

Радиационные пояса планет[править | править вики-текст]

Радиоизображение Юпитера: яркие области (белые) — радиоизлучение радиационных поясов

Благодаря наличию сильного магнитного поля, планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун) также обладают сильными радиационными поясами, напоминающими внешний радиационный пояс Земли. Советские и американские космические зонды показали, что Венера, Марс, Меркурий и Луна радиационных поясов не имеют.

История исследований[править | править вики-текст]

Радиоизлучение радиационного пояса Юпитера впервые было обнаружено в 1955 году, однако природа излучения тогда оставалась непонятной. Непосредственные измерения в радиационном поясе Юпитера впервые были проведены КА «Пионер-10», прошедшим через его наиболее плотную область в 1973 году.

30 августа 2012 года с космодрома на мысе Канаверал с помощью ракеты Atlas V 410 на высокоэллиптическую орбиту с высотой апогея около 30 тысяч километров были выведены два идентичных зонда RBSP (Radiation Belt Storm Probes), предназначенных для изучения радиационных поясов. Впоследствии они были переименованы в «Зонды Ван Аллена» (Van Allen Probes). Два аппарата нужны были для того, чтобы отличить изменения, связанные с переходом из одной области в другую с изменениями, происходящими в самих поясах. [1]. Одним из основных результатов этой миссии было открытие третьего радиационного пояса, появляющегося на короткое время порядка нескольких недель. На май 2016 года работа обоих зондов продолжается.

См. также[править | править вики-текст]

  • Starfish Prime — эксперимент по изучению высотного ядерного взрыва в условиях космического пространства.

Примечания[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]

  • Мурзин С. В. Введение в физику космических лучей. М.: Атомиздат, 1979.
  • Модель космического пространства — М.: изд-во МГУ, в 3-х томах.
  • Вернов С. Н., Вакулов П. В., Логачев Ю. И. Радиационные пояса Земли, в сборнике: Успехи СССР в исследовании космического пространства, М., 1968, с. 106;
  • Космическая физика, пер. с англ., М., 1966;
  • Тверской Б. А. Динамика радиационных поясов Земли, М., 1968;
  • Редерер Х. Динамика радиации, захваченной геомагнитным полем, пер. с англ., М., 1972;
  • Хесс В. Радиационный пояс и магнитосфера, пер. с англ., М., 1972;
  • Шабанский В. П. Явления в околоземном пространстве, М., 1972;
  • Гальперин Ю. И., Горн Л. С., Хазанов Б. И. Измерение радиации в космосе, М., 1972.

Ссылки[править | править вики-текст]