Жердің радиациялық белдеуі (ERB) немесе Ван Аллен белдеуі - электрондар мен протондардың алып ағындары болатын сақинаға ұқсайтын планетамызға жақын ең жақын ғарыш кеңістігінің аймағы. Жер оларды дипольдік магнит өрісімен ұстайды.
Ашу
RPZ 1957-58 жылдары ашылды. АҚШ пен КСРО ғалымдары. 1958 жылы ұшырылған АҚШ-тың бірінші ғарыштық серігі Explorer 1 (төмендегі суретте) өте маңызды деректерді қамтамасыз етті. Америкалықтар жер бетінен (шамамен 1000 км биіктікте) жүргізген борттық тәжірибенің арқасында радиациялық белдеу (ішкі) табылды. Кейінірек, шамамен 20 000 км биіктікте екінші осындай аймақ табылды. Ішкі және сыртқы белдіктер арасында нақты шекара жоқ - біріншісі бірте-бірте екіншісіне өтеді. Радиоактивтiлiктiң бұл екi аймағы бөлшектердiң зарядының дәрежесi мен олардың құрамы бойынша ерекшеленеді.
Бұл аймақтар Ван Аллен белдеулері деп аталды. Джеймс Ван Аллен – физик, оның тәжірибесі оларға көмектестіашу. Ғалымдар бұл белдеулердің магнит өрісі арқылы Жерге тартылатын күн желінен және ғарыштық сәулелердің зарядталған бөлшектерінен тұратынын анықтады. Олардың әрқайсысы планетамыздың айналасында торус түзеді (пішін қамырға ұқсайды).
Сол уақыттан бері ғарышта көптеген эксперименттер жүргізілді. Олар РПЗ негізгі белгілері мен қасиеттерін зерттеуге мүмкіндік берді. Радиациялық белдеулер біздің планетада ғана емес. Олар атмосферасы мен магнит өрісі бар басқа аспан денелерінде де кездеседі. Ван Аллен радиациялық белдеуі Марс маңындағы АҚШ-тың планетааралық ғарыш аппараттарының арқасында ашылды. Сонымен қатар, американдықтар оны Сатурн мен Юпитердің жанынан тапты.
Дипольдік магнит өрісі
Біздің планетада Ван Аллен белдеуі ғана емес, сонымен қатар дипольдік магнит өрісі де бар. Бұл бір-бірінің ішінде орналасқан магниттік қабықтардың жиынтығы. Бұл өрістің құрылымы қырыққабаттың немесе пияздың басына ұқсайды. Магниттік қабықты магниттік күш сызықтарынан тоқылған тұйық бет ретінде елестетуге болады. Қабық дипольдің центріне неғұрлым жақын болса, магнит өрісінің күші соғұрлым жоғары болады. Бұған қоса, зарядталған бөлшектің оған сырттан енуі үшін қажетті импульс те артады.
Сонымен, N-ші қабықшада бөлшек импульсі P болады. Бөлшектердің бастапқы импульсі P аспайтын жағдайда, ол магнит өрісімен көрінеді. Содан кейін бөлшек ғарыш кеңістігіне оралады. Дегенмен, ол N-ші қабықшада аяқталады. Бұл жағдайдаол енді оны тастап кете алмайды. Ұсталған бөлшек тарағанша немесе қалдық атмосферамен соқтығысқанша және энергиясын жоғалтқанша ұсталады.
Біздің планетамыздың магнит өрісінде бір қабық жер бетінен әртүрлі бойлықта әртүрлі қашықтықта орналасқан. Бұл магнит өрісінің осі мен планетаның айналу осі арасындағы сәйкессіздікке байланысты. Бұл әсер Бразилияның магниттік аномалиясында жақсы көрінеді. Бұл аймақта магниттік күш сызықтары төмендейді және олардың бойымен қозғалатын ұсталған бөлшектердің биіктігі 100 км-ден төмен болуы мүмкін, яғни олар жер атмосферасында өледі.
RPG композициясы
Сәулелену белдеуінің ішінде протондар мен электрондардың таралуы бірдей емес. Біріншісі оның ішкі бөлігінде, ал екіншісі - сыртқы жағында. Сондықтан зерттеудің бастапқы кезеңінде ғалымдар Жердің сыртқы (электрондық) және ішкі (протондық) радиациялық белдеулері бар деп есептеді. Қазір бұл пікір маңызды емес.
Ван Аллен белдеуін толтыратын бөлшектердің пайда болуының ең маңызды механизмі альбедо нейтрондарының ыдырауы болып табылады. Айта кету керек, нейтрондар атмосфераның ғарыштық сәулеленумен әрекеттесуі кезінде пайда болады. Біздің планетадан (альбедо нейтрондар) бағытта қозғалатын бұл бөлшектердің ағыны Жердің магнит өрісі арқылы кедергісіз өтеді. Бірақ олар тұрақсыз және электрондарға, протондарға және электрон антинейтриноларына оңай ыдырайды. Жоғары энергияға ие радиоактивті альбедо ядролары басып алу аймағында ыдырайды. Ван Аллен белдеуі осылайша позитрондармен және электрондармен толығады.
ERP және магниттік дауылдар
Күшті магниттік дауылдар басталғанда, бұл бөлшектер жай ғана жылдамдамайды, олар Ван Аллен радиоактивті белдеуінен шығып, одан төгіледі. Өйткені, магнит өрісінің конфигурациясы өзгерсе, айна нүктелері атмосфераға батырылуы мүмкін. Бұл жағдайда бөлшектер энергияны жоғалтатын (иондану жоғалуы, шашырау) өздерінің қадамдық бұрыштарын өзгертеді, содан кейін магнитосфераның жоғарғы қабаттарына жеткенде жойылады.
RPZ және солтүстік шамдар
Ван Аллен сәулелену белдеуі протондар (иондар) мен электрондардың ұсталған ағыны болып табылатын плазмалық қабатпен қоршалған. Солтүстік (полярлық) шамдар сияқты құбылыстың себептерінің бірі - бөлшектердің плазмалық қабаттан, сонымен қатар ішінара сыртқы ERP-ден түсуі. Aurora borealis - белдеуден құлаған бөлшектермен соқтығысуы салдарынан қозғалатын атмосфералық атомдардың шығарылуы.
RPZ Research
Радиациялық белдеулер сияқты түзілімдерді зерттеудің барлық дерлік іргелі нәтижелері шамамен 1960-70-жылдары алынды. Орбиталық станцияларды, планетааралық ғарыш аппараттарын және ең соңғы ғылыми аппаратураларды пайдалана отырып жүргізілген соңғы бақылаулар ғалымдарға өте маңызды жаңа ақпарат алуға мүмкіндік берді. Жердің айналасындағы Ван Аллен белдеулері біздің уақытта да зерттелуде. Осы саладағы ең маңызды жетістіктерге қысқаша тоқталайық.
Салют-6-дан алынған деректер
Өткен ғасырдың 80-жылдарының басындағы MEPhI зерттеушілеріпланетамыздың тікелей маңайындағы энергиясы жоғары электрондардың ағындарын зерттеді. Ол үшін олар «Салют-6» орбиталық станциясында орналасқан жабдықты пайдаланды. Бұл ғалымдарға энергиясы 40 МэВ-тан асатын позитрондар мен электрондардың ағындарын өте тиімді оқшаулауға мүмкіндік берді. Станцияның орбитасы (еңіс 52°, биіктігі шамамен 350-400 км) негізінен планетамыздың радиациялық белдеуінен төмен өтті. Дегенмен, ол әлі де Бразилияның магниттік аномалиясында өзінің ішкі бөлігіне тиді. Бұл аймақты кесіп өткенде жоғары энергиялы электрондардан тұратын стационарлық ағындар табылды. Осы тәжірибеге дейін энергиясы 5 МэВ аспайтын ERP-де тек электрондар ғана жазылған.
"Метеор-3" сериясының жасанды жерсеріктерінің деректері
MEPHI зерттеушілері шеңбер орбиталарының биіктігі 800 және 1200 км болатын Метеор-3 сериясының планетамыздың жасанды серіктеріне әрі қарай өлшеулер жүргізді. Бұл жолы құрылғы РПЗ-ға өте терең еніп кетті. Ол бұрын «Салют-6» станциясында алынған нәтижелерді растады. Содан кейін зерттеушілер «Мир» және «Салют-7» станцияларында орнатылған магниттік спектрометрлерді қолдану арқылы тағы бір маңызды нәтижеге қол жеткізді. Бұрын ашылған тұрақты белдеу тек энергиясы өте жоғары (200 МэВ дейін) электрондардан (позитрондарсыз) тұратыны дәлелденді.
CNO ядроларының стационарлық белдеуін ашу
Өткен ғасырдың 80-жылдарының соңы мен 90-жылдардың басында ММУ МҰТП-ның бір топ зерттеушілері эксперимент жүргізді.ең жақын ғарыш кеңістігінде орналасқан ядроларды зерттеу. Бұл өлшемдер пропорционалды камералар мен ядролық фотографиялық эмульсиялар арқылы жүзеге асырылды. Олар Космос сериясының спутниктерінде жүзеге асырылды. Ғалымдар жасанды жер серігінің орбитасы (52° көлбеу, шамамен 400-500 км биіктік) бразилиялық аномалияны кесіп өткен ғарыш кеңістігінде N, O және Ne ядроларының ағындарының болуын анықтады.
Талдау көрсеткендей, энергиясы бірнеше ондаған МэВ/нуклонға жететін бұл ядролар галактикалық, альбедо немесе күн тегі емес, өйткені олар мұндай энергиямен планетамыздың магнитосферасына тереңдей ене алмаған. Осылайша ғалымдар магнит өрісі түсірген ғарыштық сәулелердің аномальды құрамдас бөлігін тапты.
Жұлдыз аралық материядағы энергиясы аз атомдар гелиосфераға өте алады. Содан кейін Күннің ультракүлгін сәулелері оларды бір немесе екі рет иондайды. Алынған зарядталған бөлшектер күн желінің фронттарымен жеделдетіліп, бірнеше ондаған МэВ/нуклонға жетеді. Содан кейін олар магнитосфераға енеді, сонда олар түсіріліп, толық иондалады.
Протондар мен электрондардың квазистационарлық белдеуі
1991 жылы 22 наурызда Күнде күшті алау пайда болды, ол күн материясының үлкен массасының лақтырылуымен бірге жүрді. Ол 24 наурызда магнитосфераға жетіп, сыртқы аймағын өзгертті. Энергиясы жоғары күн желінің бөлшектері магнитосфераға жарқ етті. Олар сол кезде америкалық CRESS спутнигі орналасқан аймаққа жетті. оған орнатылғанаспаптар энергиясы 20-дан 110 МэВ-қа дейінгі протондардың, сондай-ақ қуатты электрондардың (шамамен 15 МэВ) күрт өсуін тіркеді. Бұл жаңа белдеудің пайда болғанын көрсетті. Біріншіден, квазистационарлық белдеу бірқатар ғарыш аппараттарында байқалды. Алайда ол тек «Мир» станциясында ғана бүкіл өмір бойы, яғни екі жылдай зерттелді.
Айтпақшы, өткен ғасырдың 60-жылдарында ядролық құрылғылардың ғарышта жарылуы нәтижесінде энергиясы төмен электрондардан тұратын квазистационарлық белдеу пайда болды. Ол шамамен 10 жылға созылды. Бөлінудің радиоактивті фрагменттері ыдырап, зарядталған бөлшектердің көзі болды.
Айда RPG ойыны бар ма
Біздің планетамыздың спутнигінде Ван Аллен радиациялық белдеуі жоқ. Сонымен қатар, оның қорғаныс атмосферасы жоқ. Айдың беті күн желінің әсеріне ұшырайды. Күшті күн жарқырауы, егер бұл Айға экспедиция кезінде орын алса, ғарышкерлерді де, капсулаларды да өртеп жібереді, өйткені үлкен радиация ағыны бөлінуі мүмкін, бұл өлімге әкеледі.
Өзіңізді ғарыштық сәулеленуден қорғау мүмкін бе
Бұл сұрақ көптеген жылдар бойы ғалымдарды қызықтырды. Кішкентай дозаларда сәулелену, өздеріңіз білетіндей, біздің денсаулығымызға іс жүзінде ешқандай әсер етпейді. Дегенмен, ол белгілі бір шекті шектен аспаған жағдайда ғана қауіпсіз. Ван Аллен белдеуінен тыс, планетамыздың бетіндегі радиация деңгейі қандай екенін білесіз бе? Әдетте радон мен торий бөлшектерінің мөлшері 1 м3 үшін 100 Бк аспайды. РПЗ ішіндебұл сандар әлдеқайда жоғары.
Әрине, Ван Аллен Лендінің радиациялық белдеулері адамдар үшін өте қауіпті. Олардың ағзаға әсерін көптеген зерттеушілер зерттеген. Кеңес ғалымдары 1963 жылы әйгілі британдық астроном Бернард Ловеллге адамды ғарышта радиацияның әсерінен қорғау құралын білмейтіндерін айтты. Бұл кеңестік аппараттардың қалың қабырғалы қабықтары да оны жеңе алмайтынын білдірді. Америкалық капсулаларда қолданылатын ең жұқа металл, фольга тәрізді, ғарышкерлерді қалай қорғады?
NASA мәліметтері бойынша, ол ғарышкерлерді айға ешқандай алау күтпеген кезде ғана жіберді, бұл ұйымның болжауға мүмкіндігі бар. Бұл радиациялық қауіпті барынша азайтуға мүмкіндік берді. Алайда басқа сарапшылар үлкен шығарындылардың күнін шамамен ғана болжауға болатынын айтады.
Ван Аллен белдеуі және айға ұшу
Леонов, кеңестік ғарышкер, соған қарамастан 1966 жылы ғарышқа ұшты. Алайда ол өте ауыр қорғасын костюм киген. Ал 3 жылдан кейін Америка Құрама Штаттарының астронавтары Айдың бетіне секірді, ауыр скафандрмен емес, анық. Бәлкім, жылдар бойы NASA мамандары астронавттарды радиациядан сенімді қорғайтын ультра жеңіл материалды аша алған шығар? Айға ұшу әлі де көптеген сұрақтарды тудырады. Америкалықтар оған қонбады деп есептейтіндердің негізгі дәлелдерінің бірі - радиациялық белдеулердің болуы.
