کمربند تشعشعی زمین (ERB) یا کمربند ون آلن، ناحیه ای از نزدیکترین فضای بیرونی نزدیک سیاره ما است که شبیه حلقه ای است که در آن جریان های عظیمی از الکترون ها و پروتون ها وجود دارد. زمین آنها را با میدان مغناطیسی دوقطبی نگه می دارد.
افتتاحیه
RPZ در سال 1957-1958 کشف شد. دانشمندان ایالات متحده و اتحاد جماهیر شوروی. اکسپلورر 1 (تصویر زیر)، اولین ماهواره فضایی ایالات متحده که در سال 1958 پرتاب شد، داده های بسیار مهمی را ارائه کرده است. به لطف یک آزمایش روی کشتی که توسط آمریکایی ها در بالای سطح زمین (در ارتفاع حدود 1000 کیلومتری) انجام شد، یک کمربند تابشی (داخلی) پیدا شد. بعداً در ارتفاع حدود 20000 کیلومتری، دومین منطقه از این دست کشف شد. هیچ مرز مشخصی بین کمربندهای داخلی و خارجی وجود ندارد - اولین به تدریج به کمربند دوم منتقل می شود. این دو ناحیه رادیواکتیویته از نظر میزان بار ذرات و ترکیب آنها متفاوت هستند.
این مناطق به کمربندهای ون آلن معروف شدند. جیمز ون آلن فیزیکدانی است که آزمایشش به آنها کمک کردكشف كردن. دانشمندان دریافته‌اند که این کمربندها از باد خورشیدی و ذرات باردار پرتوهای کیهانی تشکیل شده‌اند که توسط میدان مغناطیسی آن به زمین جذب می‌شوند. هر یک از آنها یک چنبره در اطراف سیاره ما تشکیل می دهند (شکلی که شبیه یک دونات است).
از آن زمان آزمایش های زیادی در فضا انجام شده است. آنها امکان مطالعه ویژگی ها و ویژگی های اصلی RPZ را فراهم کردند. نه تنها سیاره ما دارای کمربند تشعشعی است. آنها همچنین در سایر اجرام آسمانی که دارای جو و میدان مغناطیسی هستند نیز یافت می شوند. کمربند تشعشعی ون آلن به لطف فضاپیمای بین سیاره ای آمریکا در نزدیکی مریخ کشف شد. علاوه بر این، آمریکایی ها آن را در نزدیکی زحل و مشتری پیدا کردند.
میدان مغناطیسی دوقطبی
سیاره ما نه تنها دارای کمربند ون آلن است، بلکه یک میدان مغناطیسی دوقطبی نیز دارد. مجموعه ای از پوسته های مغناطیسی است که در داخل یکدیگر قرار گرفته اند. ساختار این مزرعه شبیه یک کلم یا پیاز است. پوسته مغناطیسی را می توان به عنوان یک سطح بسته بافته شده از خطوط مغناطیسی نیرو تصور کرد. هر چه پوسته به مرکز دوقطبی نزدیک‌تر باشد، قدرت میدان مغناطیسی بیشتر می‌شود. علاوه بر این، تکانه مورد نیاز برای نفوذ یک ذره باردار از بیرون نیز افزایش می‌یابد.
بنابراین، پوسته N ام دارای تکانه ذره P است. در صورتی که تکانه اولیه ذره از P تجاوز نکند، توسط میدان مغناطیسی منعکس می شود. سپس ذره به فضای بیرونی باز می گردد. با این حال، همچنین اتفاق می افتد که به پوسته N ام ختم شود. در این مورداو دیگر قادر به ترک آن نیست. ذره به دام افتاده تا زمانی که پراکنده شود یا با اتمسفر باقیمانده برخورد کند و انرژی خود را از دست بدهد به دام می‌افتد.
در میدان مغناطیسی سیاره ما، همان پوسته در فواصل مختلف از سطح زمین در طول های جغرافیایی مختلف قرار دارد. این به دلیل عدم تطابق بین محور میدان مغناطیسی و محور چرخش سیاره است. این اثر به بهترین وجه در مورد ناهنجاری مغناطیسی برزیل دیده می شود. در این ناحیه، خطوط مغناطیسی نیرو فرود می آیند و ذرات به دام افتاده که در امتداد آنها حرکت می کنند ممکن است کمتر از 100 کیلومتر ارتفاع داشته باشند، به این معنی که آنها در جو زمین خواهند مرد.
ترکیب RPG
در داخل کمربند تابشی، توزیع پروتون و الکترون یکسان نیست. اولی در قسمت داخلی آن و دومی در قسمت بیرونی آن قرار دارد. بنابراین، در مراحل اولیه مطالعه، دانشمندان معتقد بودند که کمربندهای تشعشعی خارجی (الکترونیکی) و داخلی (پروتون) زمین وجود دارد. در حال حاضر، این نظر دیگر مرتبط نیست.
مهمترین مکانیسم برای تولید ذراتی که کمربند ون آلن را پر می کنند، فروپاشی نوترون های آلبیدو است. لازم به ذکر است که نوترون ها زمانی ایجاد می شوند که جو با تشعشعات کیهانی برهم کنش داشته باشد. جریان این ذرات که در جهتی از سیاره ما حرکت می کنند (نوترون های آلبیدو) بدون مانع از میدان مغناطیسی زمین می گذرد. با این حال، آنها ناپایدار هستند و به راحتی به الکترون ها، پروتون ها و آنتی نوترینوهای الکترونی تجزیه می شوند. هسته‌های آلبدوی رادیواکتیو که انرژی بالایی دارند، در داخل منطقه جذب تجزیه می‌شوند.اینگونه است که کمربند ون آلن با پوزیترون و الکترون پر می شود.
ERP و طوفان های مغناطیسی
وقتی طوفان های مغناطیسی قوی شروع می شوند، این ذرات نه تنها شتاب می گیرند، بلکه کمربند رادیواکتیو ون آلن را ترک می کنند و از آن بیرون می ریزند. واقعیت این است که اگر پیکربندی میدان مغناطیسی تغییر کند، نقاط آینه می توانند در جو غوطه ور شوند. در این حالت، ذرات با از دست دادن انرژی (تلفات یونیزاسیون، پراکندگی)، زوایای گام خود را تغییر می‌دهند و پس از رسیدن به لایه‌های بالایی مگنتوسفر از بین می‌روند.
RPZ و شفق شمالی
کمربند تشعشعی ون آلن توسط یک لایه پلاسما احاطه شده است که یک جریان محبوس شده از پروتون ها (یون ها) و الکترون ها است. یکی از دلایل پدیده ای مانند نورهای شمالی (قطبی) این است که ذرات از لایه پلاسما و همچنین تا حدی از ERP بیرونی می ریزند. شفق قطبی انتشار اتم های جوی است که به دلیل برخورد با ذراتی که از کمربند خارج شده اند برانگیخته می شوند.
RPZ Research
تقریباً تمام نتایج بنیادی مطالعات سازنده‌هایی مانند کمربند تشعشعی در دهه‌های 1960 و 70 به دست آمد. مشاهدات اخیر با استفاده از ایستگاه های مداری، فضاپیماهای بین سیاره ای و جدیدترین تجهیزات علمی به دانشمندان این امکان را داده است که اطلاعات بسیار مهم جدیدی را به دست آورند. کمربندهای ون آلن در اطراف زمین در زمان ما همچنان مورد مطالعه قرار می گیرند. اجازه دهید به طور خلاصه در مورد مهمترین دستاوردها در این زمینه صحبت کنیم.
داده های دریافت شده از Salyut-6
محققان MEPhI در اوایل دهه ۸۰ قرن گذشتهجریان الکترون هایی با سطح انرژی بالا در مجاورت سیاره ما را بررسی کرد. برای این کار از تجهیزاتی استفاده کردند که در ایستگاه مداری سالیوت-6 قرار داشت. این به دانشمندان این امکان را داد که به طور مؤثری شار پوزیترون ها و الکترون ها را که انرژی آنها از 40 مگا ولت بیشتر است جدا کنند. مدار ایستگاه (شیب 52 درجه، ارتفاع حدود 350-400 کیلومتر) عمدتاً از زیر کمربند تشعشعی سیاره ما عبور کرد. با این حال، همچنان قسمت داخلی خود را در ناهنجاری مغناطیسی برزیل لمس کرد. هنگام عبور از این منطقه، جریان های ثابتی متشکل از الکترون های پرانرژی پیدا شد. قبل از این آزمایش، فقط الکترون‌هایی در ERP ثبت می‌شد که انرژی آنها از 5 مگا ولت تجاوز نمی‌کرد.
داده های ماهواره های مصنوعی سری "Meteor-3"
محققان MEPhI اندازه گیری های بیشتری را بر روی ماهواره های مصنوعی سیاره ما از سری Meteor-3 انجام دادند که در آن ارتفاع مدارهای دایره ای 800 و 1200 کیلومتر بود. این بار دستگاه بسیار عمیق در RPZ نفوذ کرده است. او نتایجی را که قبلاً در ایستگاه سالیوت-6 به دست آمده بود تأیید کرد. سپس محققان با استفاده از طیف سنج های مغناطیسی نصب شده در ایستگاه های Mir و Salyut-7 به نتیجه مهم دیگری دست یافتند. ثابت شد که کمربند پایدار قبلاً کشف شده منحصراً از الکترون‌ها (بدون پوزیترون) تشکیل شده است که انرژی آنها بسیار زیاد است (تا 200 مگا ولت).
کشف کمربند ثابت هسته های CNO
گروهی از محققان از SNNP MSU در اواخر دهه 80 و اوایل دهه 90 قرن گذشته آزمایشی را با هدف انجام دادند.مطالعه هسته هایی که در نزدیکترین فضای بیرونی قرار دارند. این اندازه گیری ها با استفاده از محفظه های متناسب و امولسیون های عکاسی هسته ای انجام شد. آنها در ماهواره های سری Kosmos انجام شدند. دانشمندان وجود جریان‌هایی از هسته‌های N، O و Ne را در منطقه‌ای از فضای بیرونی شناسایی کرده‌اند که در آن مدار یک ماهواره مصنوعی (با شیب 52 درجه، ارتفاع حدود 400-500 کیلومتر) از ناهنجاری برزیل عبور کرده است.
همانطور که تجزیه و تحلیل نشان داد، این هسته‌ها که انرژی آنها به چندین ده مگا الکترون ولت/نوکلئون می‌رسید، منشا کهکشانی، آلبیدو یا خورشیدی نداشتند، زیرا نمی‌توانستند با چنین انرژی به عمق مگنتوسفر سیاره ما نفوذ کنند. بنابراین دانشمندان جزء غیرعادی پرتوهای کیهانی را که توسط میدان مغناطیسی گرفته شده است، کشف کردند.
اتم های کم انرژی در ماده بین ستاره ای قادر به نفوذ به هلیوسفر هستند. سپس تابش فرابنفش خورشید آنها را یک یا دو بار یونیزه می کند. ذرات باردار حاصل توسط جبهه بادهای خورشیدی شتاب می گیرند و به چندین ده مگا الکترون ولت/ نوکلئون می رسند. سپس وارد مگنتوسفر می‌شوند، جایی که به‌طور کامل یونیزه می‌شوند.
کمربند شبه ایستایی پروتون و الکترون
در 22 مارس 1991، شعله ای قدرتمند در خورشید رخ داد که با پرتاب توده عظیمی از ماده خورشیدی همراه بود. تا 24 مارس به مگنتوسفر رسید و ناحیه بیرونی خود را تغییر داد. ذرات باد خورشیدی که انرژی بالایی داشتند، به درون مگنتوسفر منفجر شدند. آنها به منطقه ای رسیدند که در آن زمان CRESS، ماهواره آمریکایی، در آن قرار داشت. روی آن نصب شده استابزارها افزایش شدیدی را در پروتون ها ثبت کردند که انرژی آنها از 20 تا 110 مگا ولت و همچنین الکترون های قدرتمند (حدود 15 مگا ولت) متغیر بود. این نشان دهنده ظهور یک کمربند جدید بود. ابتدا کمربند شبه ایستا بر روی تعدادی از فضاپیماها مشاهده شد. با این حال، تنها در ایستگاه میر در طول عمر خود، که حدود دو سال است، مورد مطالعه قرار گرفت.
به هر حال، در دهه 60 قرن گذشته، در نتیجه این واقعیت که دستگاه های هسته ای در فضا منفجر شدند، یک کمربند شبه ساکن ظاهر شد که از الکترون هایی با انرژی کم تشکیل شده بود. تقریباً 10 سال به طول انجامید. قطعات رادیواکتیو شکافت تجزیه شدند که منبع ذرات باردار بود.
آیا RPG در ماه وجود دارد
ماهواره سیاره ما فاقد کمربند تشعشعی ون آلن است. علاوه بر این، فضای محافظ نیز ندارد. سطح ماه در معرض بادهای خورشیدی است. یک شعله قوی خورشیدی، اگر در طی یک سفر به ماه اتفاق بیفتد، هم فضانوردان و هم کپسول ها را می سوزاند، زیرا جریان عظیمی از تشعشع منتشر می شود که مرگبار است.
آیا می توان از خود در برابر تشعشعات کیهانی محافظت کرد
این سوال سالهاست که مورد توجه دانشمندان بوده است. همانطور که می دانید در دوزهای کوچک، پرتوها عملاً هیچ تأثیری بر سلامت ما ندارند. با این حال، تنها زمانی ایمن است که از یک آستانه خاص تجاوز نکند. آیا می دانید سطح تشعشع خارج از کمربند ون آلن، در سطح سیاره ما چقدر است؟ معمولاً محتوای ذرات رادون و توریم از 100 Bq در هر 1 متر تجاوز نمی کند 3. داخل RPZاین ارقام بسیار بالاتر هستند.
البته کمربندهای تشعشعی سرزمین ون آلن برای انسان بسیار خطرناک هستند. تأثیر آنها بر بدن توسط بسیاری از محققان مورد مطالعه قرار گرفته است. دانشمندان شوروی در سال 1963 به برنارد لاول، ستاره شناس مشهور بریتانیایی، گفتند که ابزاری برای محافظت از فرد در برابر قرار گرفتن در معرض تشعشعات در فضا نمی شناسند. این بدان معنی بود که حتی پوسته های دیوار ضخیم دستگاه های شوروی نیز نمی توانستند با آن مقابله کنند. چگونه نازک ترین فلز مورد استفاده در کپسول های آمریکایی، تقریباً مانند فویل، از فضانوردان محافظت کرد؟
طبق گفته ناسا، فضانوردان را تنها زمانی به ماه فرستاد که هیچ شعله ور شدن انتظار نمی رفت، که این سازمان قادر به پیش بینی آن است. این همان چیزی است که امکان کاهش خطر تشعشع را به حداقل می‌دهد. با این حال، کارشناسان دیگر استدلال می کنند که تنها می توان تقریباً تاریخ انتشار بزرگ را پیش بینی کرد.
کمربند ون آلن و پرواز به ماه
لئونوف، فضانورد شوروی، با این وجود در سال 1966 به فضا رفت. با این حال، او یک لباس سربی فوق سنگین پوشیده بود. و پس از 3 سال، فضانوردان از ایالات متحده بر روی سطح ماه می پریدند، و بدیهی است که در لباس های فضایی سنگین نبودند. شاید در طول سال ها، متخصصان ناسا موفق به کشف یک ماده فوق سبک شده باشند که به طور قابل اعتمادی از فضانوردان در برابر تشعشعات محافظت می کند؟ پرواز به ماه هنوز سوالات زیادی را ایجاد می کند. یکی از استدلال های اصلی کسانی که معتقدند آمریکایی ها روی آن فرود نیامده اند وجود کمربند تشعشعی است.
