Radiační pás

Radiační pás  je oblast magnetosfér planet , ve které se hromadí a zadržují vysokoenergetické nabité částice (hlavně protony a elektrony ) , které vstoupily do magnetosféry .

Radiační pás Země

Jiný název (obvykle v západní literatuře) je Van Allenův radiační pás . 

Uvnitř magnetosféry, stejně jako v každém dipólovém poli, existují oblasti nepřístupné částicím s kinetickou energií E menší, než je kritická. Stejné částice s energií E < E cr , které tam již jsou, nemohou tyto oblasti opustit. Tyto zakázané oblasti magnetosféry se nazývají záchytné zóny. Významné toky zachycených částic (především protonů a elektronů) jsou skutečně zadržovány v záchytných zónách dipólového (kvazidipólového) pole Země.

Radiační pás v první aproximaci je toroid , ve kterém se rozlišují dvě oblasti:

Výška spodní hranice radiačního pásu se mění ve stejné zeměpisné šířce v zeměpisných délkách v důsledku sklonu osy magnetického pole Země k ose rotace Země a při stejné zeměpisné délce se mění v zeměpisných šířkách v důsledku vlastního tvaru radiačním pásem, kvůli rozdílné výšce siločar zemského magnetického pole. Například nad Atlantikem začíná nárůst intenzity záření ve výšce 500 km a nad Indonésií ve výšce 1300 km. Pokud jsou stejné grafy konstruovány v závislosti na magnetické indukci , pak se všechna měření vejdou na jednu křivku, což opět potvrzuje magnetickou povahu záchytu částic.

Mezi vnitřním a vnějším radiačním pásem je mezera umístěná v rozmezí 2 až 3 poloměrů Země . Toky částic ve vnějším pásu jsou větší než ve vnitřním. Složení částic je také odlišné: protony a elektrony ve vnitřním pásu, elektrony ve vnějším. Použití nestíněných detektorů značně rozšířilo znalosti o radiačních pásech. Byly detekovány elektrony a protony s energiemi několika desítek, respektive stovek kiloelektronvoltů. Tyto částice mají výrazně odlišné prostorové rozložení (ve srovnání s pronikavými).

Maximální intenzita nízkoenergetických protonů se nachází ve vzdálenosti asi 3 poloměrů Země od jejího středu (přibližně ve výšce 12 500 km od povrchu). Nízkoenergetické elektrony vyplňují celou oblast zachycení. Pro ně neexistuje rozdělení na vnitřní a vnější pásy. Částice s energiemi desítek keV jsou neobvykle připisovány kosmickému záření , ale radiační pásy jsou jediným fenoménem a měly by být studovány ve spojení s částicemi všech energií.

Tok protonů ve vnitřním pásu je v průběhu času poměrně stabilní. První experimenty ukázaly, že vysokoenergetické elektrony ( E > 1–5 MeV ) jsou koncentrovány ve vnějším pásu. Elektrony s energiemi menšími než 1 MeV vyplňují téměř celou magnetosféru. Vnitřní pás je velmi stabilní, zatímco vnější zažívá prudké výkyvy.

Historie objevů

Existenci radiačního pásu poprvé objevil americký vědec James Van Allen v únoru 1958 při analýze dat z amerického satelitu Explorer 1 a přesvědčivě to dokázal záznamem periodicky se měnící úrovně radiace na plné oběžné dráze speciálně upravené Van Allenem pro studium. objevený jev družice Explorer. 3 “. Van Allenův objev byl oznámen 1. května 1958 a brzy našel nezávislé potvrzení v datech sovětského Sputniku-3 . Pozdější reanalýza dat z dřívějšího sovětského Sputniku 2 ukázala, že radiační pásy byly také zaznamenány jeho zařízením určeným k analýze sluneční aktivity, ale podivné hodnoty slunečního senzoru pak nebyly schopny poskytnout správnou interpretaci. Absence záznamového zařízení na Sputniku také negativně ovlivnila sovětskou prioritu (na Sputniku-2 nebyla zajištěna, ale na Sputniku-3 se rozbila), v důsledku čehož se získané údaje ukázaly jako kusé a neposkytovaly úplné obrázek změny záření s nadmořskou výškou a přítomností v blízkozemském prostoru nejen kosmického záření, ale charakteristického „pásu“ pokrývajícího pouze určité výšky. Různorodější vybavení Sputniku-3 však pomohlo objasnit „složení“ vnitřního pásu. Na konci roku 1958 vedla analýza dat z Pioneer 3 a o něco později Luna 1 k objevu existence vnějšího radiačního pásu a americké jaderné výbuchy ve velkých výškách prokázaly, že lidé mohou radiační pásy Země ovlivnit. Analýza těchto dat vedla od poloviny roku 1959 k postupnému formování moderních představ o existenci dvou radiačních pásů kolem Země a mechanismech jejich vzniku.

Historie výzkumu

30. srpna 2012 byly z kosmodromu Cape Canaveral vypuštěny dvě identické sondy RBSP ( Radiation Belt Storm Probes ) pomocí rakety Atlas V 410 na vysoce eliptickou dráhu s výškou apogea asi 30 tisíc kilometrů , určené ke studiu radiačních pásů. . Následně byly přejmenovány na „Van Allen Probes“ ( Van Allen Probes ). K rozlišení změn spojených s přechodem z jedné oblasti do druhé od změn probíhajících v samotných pásech byla zapotřebí dvě zařízení [1] . Jedním z hlavních výsledků této mise byl objev třetího radiačního pásu, který se objevuje na krátkou dobu v řádu několika týdnů. K říjnu 2019 obě sondy dokončily svou práci, první 19. července, druhá 18. října.

Radiační pásy planet

Díky přítomnosti silného magnetického pole mají obří planety ( Jupiter , Saturn , Uran a Neptun ) také silné radiační pásy, připomínající vnější radiační pás Země . Sovětské a americké vesmírné sondy ukázaly, že Venuše, Mars , Merkur a Měsíc nemají radiační pásy.

Historie výzkumu

Rádiová emise z Jupiterova radiačního pásu byla poprvé objevena v roce 1955 , ale povaha záření pak zůstala nejasná. Přímá měření v radiačním pásu Jupiteru poprvé provedla sonda Pioneer 10 , která v roce 1973 prolétla jeho nejhustší oblastí .

Důsledky pro cestování vesmírem

Kosmická loď pohybující se za nízkou oběžnou dráhou Země vstupuje do radiačních pásů. Mimo pásy čelí dalším nebezpečím záření z kosmického záření a solárně-protonových bouří . Oblast mezi vnitřním a vnějším radiačním pásem, která se nachází ve vzdálenosti dvou až tří poloměrů Země , se někdy nazývá „bezpečná zóna“ [2] [3] .

Záření může poškodit solární panely , integrované obvody a senzory . Také elektronické součástky na kosmických lodích jsou někdy poškozeny geomagnetickými bouřemi . Pro zajištění spolehlivého provozu na satelitech je nutné používat radiaci odolnou elektroniku . Ale i když elektronika neselže, vliv zvýšené úrovně záření na citlivé senzory vede k nesprávným odečtům. Zejména z tohoto důvodu není možné provádět pozorování pomocí Hubbleova orbitálního dalekohledu při průchodu oblastí brazilské magnetické anomálie [4] . Satelit chráněný hliníkovou vrstvou o tloušťce 3 mm na eliptické dráze 320 × 32 000 km procházející radiačními pásy dostane ročně asi 2500 rem (25 Sv ) (pro srovnání dávka 5 Sv pro celé tělo je smrtelná ). V tomto případě bude téměř veškeré záření přijato při průchodu vnitřním pásem [5] .

Lidé poprvé překročili radiační pásy během letů v rámci programu Apollo . Bylo to jedno z několika radiačních nebezpečí známých v době příprav letu [6] . Astronauti dostávali nízké dávky radiace v radiačních pásech kvůli krátké době průletu jimi. Dráhy letu Apolla ležely mimo oblast nejintenzivnější radiace [7] [8] .

Hlavní příspěvek k expozici astronautů měly sluneční částice v okamžiku, kdy se nacházely mimo magnetické pole Země. Celková absorbovaná dávka přijatá astronauty se let od letu lišila a pohybovala se od 0,16 do 1,14 rad (od 1,6 do 11,4 mSv ), což je mnohem méně než standardní dávka 5 rem (50 mSv ) za rok stanovená americkým atomovým úřadem. Energetická komise pro osoby pracující s radiací [6] .

Poznámky

  1. ↑ Vypuštění sond RBSP bylo opět odloženo, tentokrát kvůli špatnému počasí Archivní kopie z 27. listopadu 2012 na Wayback Machine
  2. ↑ Radiační pásy Země s  oběžnou dráhou v bezpečné zóně . NASA/GSFC. Získáno 27. dubna 2009. Archivováno z originálu 22. listopadu 2009.
  3. ↑ Weintraub, Rachel A. Bezpečná zóna Země se během legendárních slunečních bouří stala horkou  zónou . NASA/GSFC (15. prosince 2004). Získáno 27. dubna 2009. Archivováno z originálu 7. května 2016.
  4. ↑ Donna Weaverová. Hubble dosáhl milníku: 100 000.  expozice . Baltimore, MD: Space Telescope Science Institute (18. července 1996). Získáno 25. ledna 2009. Archivováno z originálu 25. června 2016.
  5. ↑ Andy Ptak. Zeptejte se astrofyzika  (anglicky)  (downlink) . NASA/GSFC (1997). Získáno 11. června 2006. Archivováno z originálu 22. března 2009.
  6. ↑ 1 2 J. Vernon Bailey. Radiační ochrana a přístrojové vybavení  . Biomedicínské výsledky Apolla . Získáno 13. června 2011. Archivováno z originálu 4. června 2011.
  7. ↑ Amy Shira Teitel. Apollo raketově proletělo Van Allenovými  pásy . Populární věda (19. 9. 2014). Staženo 12. června 2019. Archivováno z originálu 17. června 2019.
  8. ↑ W. David Woods. Jak Apollo letělo na Měsíc. — New York: Springer-Verlag , 2008. — ISBN 978-0-387-71675-6 .

Literatura

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích