Vành đai Bức xạ của Trái đất (ERB), hay vành đai Van Allen, là khu vực của không gian bên ngoài gần nhất gần hành tinh của chúng ta, trông giống như một chiếc nhẫn, trong đó có những luồng electron và proton khổng lồ. Trái đất giữ chúng bằng một từ trường lưỡng cực.
Khai mạc
RPZ được phát hiện vào năm 1957-58. các nhà khoa học từ Hoa Kỳ và Liên Xô. Explorer 1 (hình bên dưới), vệ tinh vũ trụ đầu tiên của Mỹ được phóng vào năm 1958, đã cung cấp những dữ liệu rất quan trọng. Nhờ một thí nghiệm trên tàu do người Mỹ thực hiện trên bề mặt Trái đất (ở độ cao khoảng 1000 km), một vành đai bức xạ (bên trong) đã được tìm thấy. Sau đó, ở độ cao khoảng 20.000 km, một khu vực thứ hai như vậy đã được phát hiện. Không có ranh giới rõ ràng giữa vành đai bên trong và bên ngoài - vành đai đầu tiên dần dần chuyển sang vành đai thứ hai. Hai vùng phóng xạ này khác nhau về mức độ điện tích của các hạt và thành phần của chúng.
Những khu vực này được gọi là vành đai Van Allen. James Van Allen là một nhà vật lý có thí nghiệm đã giúp họphát hiện. Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng những vành đai này bao gồm gió mặt trời và các hạt tích điện của tia vũ trụ, chúng bị từ trường của nó hút vào Trái đất. Mỗi người trong số chúng tạo thành một hình xuyến xung quanh hành tinh của chúng ta (hình dạng giống như một chiếc bánh rán).
Nhiều thí nghiệm đã được thực hiện trong không gian kể từ thời điểm đó. Họ có thể nghiên cứu các tính năng và đặc tính chính của RPZ. Không chỉ hành tinh của chúng ta có vành đai bức xạ. Chúng cũng được tìm thấy trong các thiên thể khác có bầu khí quyển và từ trường. Vành đai bức xạ Van Allen được phát hiện nhờ tàu vũ trụ liên hành tinh của Mỹ gần sao Hỏa. Ngoài ra, người Mỹ đã tìm thấy nó gần sao Thổ và sao Mộc.
Từ trường lưỡng cực
Hành tinh của chúng ta không chỉ có vành đai Van Allen, mà còn có từ trường lưỡng cực. Nó là một tập hợp các lớp vỏ từ tính lồng vào nhau. Cấu trúc của cánh đồng này giống đầu bắp cải hoặc củ hành. Vỏ từ có thể được hình dung như một bề mặt khép kín được tạo ra từ các đường sức từ. Vỏ càng gần tâm lưỡng cực thì cường độ từ trường càng lớn. Ngoài ra, xung lượng cần thiết để một hạt mang điện có thể xuyên qua nó từ bên ngoài cũng tăng lên.
Vì vậy, lớp vỏ thứ N có động lượng hạt P . Trong trường hợp động lượng ban đầu của hạt không vượt quá P thì nó bị phản xạ bởi từ trường. Sau đó hạt trở lại không gian vũ trụ. Tuy nhiên, nó cũng xảy ra rằng nó kết thúc ở lớp vỏ thứ N. Trong trường hợp nàycô ấy không còn có thể rời khỏi nó. Hạt bị mắc kẹt sẽ bị giữ lại cho đến khi nó tan ra hoặc va chạm với bầu khí quyển còn sót lại và mất năng lượng.
Trong từ trường của hành tinh chúng ta, cùng một lớp vỏ nằm ở những khoảng cách khác nhau so với bề mặt trái đất ở các kinh độ khác nhau. Điều này là do sự không phù hợp giữa trục của từ trường và trục quay của hành tinh. Hiệu ứng này được nhìn thấy rõ nhất qua Dị thường Từ tính Brazil. Trong khu vực này, các đường sức từ đi xuống và các hạt bị mắc kẹt di chuyển dọc theo chúng có thể ở độ cao dưới 100 km, có nghĩa là chúng sẽ chết trong bầu khí quyển của trái đất.
Thành phần RPG
Bên trong vành đai bức xạ, sự phân bố của proton và electron không giống nhau. Đầu tiên là ở phần bên trong của nó, và thứ hai - ở bên ngoài. Do đó, ở giai đoạn đầu của nghiên cứu, các nhà khoa học tin rằng có các vành đai bức xạ bên ngoài (điện tử) và bên trong (proton) của Trái đất. Hiện tại, ý kiến này không còn phù hợp nữa.
Cơ chế quan trọng nhất để tạo ra các hạt lấp đầy vành đai Van Allen là sự phân rã của các neutron albedo. Cần lưu ý rằng neutron được tạo ra khi bầu khí quyển tương tác với bức xạ vũ trụ. Dòng của các hạt này di chuyển theo hướng từ hành tinh của chúng ta (các neutron albedo) đi qua từ trường của Trái đất mà không bị cản trở. Tuy nhiên, chúng không ổn định và dễ bị phân hủy thành electron, proton và phản neutrino electron. Các hạt nhân albedo phóng xạ, có năng lượng cao, phân rã bên trong vùng bắt giữ. Đây là cách vành đai Van Allen được bổ sung thêm positron và electron.
ERP và bão từ
Khi các cơn bão từ mạnh bắt đầu, những hạt này không chỉ tăng tốc mà còn rời khỏi vành đai phóng xạ Van Allen, tràn ra khỏi đó. Thực tế là nếu cấu hình của từ trường thay đổi, các điểm gương có thể được ngâm trong khí quyển. Trong trường hợp này, các hạt mất năng lượng (mất mát do ion hóa, tán xạ), thay đổi góc độ của chúng và sau đó bị diệt vong khi chúng đến các lớp trên của từ quyển.
RPZ và đèn phía Bắc
Vành đai bức xạ Van Allen được bao quanh bởi một lớp plasma, là một dòng proton (ion) và electron bị mắc kẹt. Một trong những lý do giải thích cho hiện tượng như đèn cực bắc (cực) là do các hạt rơi ra khỏi lớp plasma, và một phần cũng từ ERP bên ngoài. Cực quang borealis là sự phát xạ của các nguyên tử trong khí quyển, chúng bị kích thích do va chạm với các hạt rơi ra khỏi vành đai.
Nghiên cứu RPZ
Hầu như tất cả các kết quả nghiên cứu cơ bản về các thành tạo như vành đai bức xạ đã thu được vào khoảng những năm 1960 và 70. Những quan sát gần đây bằng cách sử dụng các trạm quỹ đạo, tàu vũ trụ liên hành tinh và các thiết bị khoa học mới nhất đã cho phép các nhà khoa học thu được những thông tin mới rất quan trọng. Các vành đai Van Allen quanh Trái đất tiếp tục được nghiên cứu trong thời đại của chúng ta. Hãy nói ngắn gọn về những thành tựu quan trọng nhất trong lĩnh vực này.
Dữ liệu nhận được từ Salyut-6
Các nhà nghiên cứu của MEPhI vào đầu những năm 80 của thế kỷ trướcđã khảo sát các dòng electron có mức năng lượng cao trong vùng lân cận hành tinh của chúng ta. Để làm điều này, họ đã sử dụng thiết bị trên trạm quỹ đạo Salyut-6. Nó cho phép các nhà khoa học cô lập rất hiệu quả các dòng positron và electron, năng lượng của chúng vượt quá 40 MeV. Quỹ đạo của trạm (nghiêng 52 °, độ cao khoảng 350-400 km) chủ yếu đi qua bên dưới vành đai bức xạ của hành tinh chúng ta. Tuy nhiên, nó vẫn chạm vào phần bên trong của nó tại Dị thường từ tính Brazil. Khi băng qua vùng này, người ta tìm thấy các dòng tĩnh bao gồm các điện tử năng lượng cao. Trước thí nghiệm này, chỉ các electron được ghi lại trong ERP, năng lượng của chúng không vượt quá 5 MeV.
Dữ liệu từ vệ tinh nhân tạo của sê-ri "Meteor-3"
Các nhà nghiên cứu từ MEPhI đã thực hiện các phép đo sâu hơn trên các vệ tinh nhân tạo của hành tinh chúng ta thuộc dòng Meteor-3, trong đó độ cao của quỹ đạo tròn là 800 và 1200 km. Lần này thiết bị đã thâm nhập rất sâu vào RPZ. Ông xác nhận kết quả thu được trước đó tại trạm Salyut-6. Sau đó, các nhà nghiên cứu thu được một kết quả quan trọng khác bằng cách sử dụng các máy quang phổ từ được lắp đặt tại các trạm Mir và Salyut-7. Người ta đã chứng minh rằng vành đai ổn định được phát hiện trước đây chỉ bao gồm các electron (không có positron), năng lượng của chúng rất cao (lên đến 200 MeV).
Khám phá vành đai đứng yên của hạt nhân CNO
Một nhóm các nhà nghiên cứu từ SNNP MSU vào cuối những năm 80 và đầu những năm 90 của thế kỷ trước đã thực hiện một thử nghiệm nhằm mục đíchnghiên cứu về các hạt nhân nằm trong không gian bên ngoài gần nhất. Các phép đo này được thực hiện bằng cách sử dụng các buồng tỷ lệ và nhũ tương ảnh hạt nhân. Chúng được thực hiện trên các vệ tinh của loạt Kosmos. Các nhà khoa học đã phát hiện sự hiện diện của các dòng hạt nhân N, O và Ne trong một vùng ngoài không gian, trong đó quỹ đạo của một vệ tinh nhân tạo (độ nghiêng 52 °, độ cao khoảng 400-500 km) vượt qua vùng dị thường của Brazil.
Như phân tích cho thấy, những hạt nhân này, có năng lượng lên tới vài chục MeV / nucleon, không có nguồn gốc thiên hà, albedo hay mặt trời, vì chúng không thể thâm nhập sâu vào từ quyển của hành tinh chúng ta với năng lượng như vậy. Vì vậy, các nhà khoa học đã phát hiện ra thành phần dị thường của tia vũ trụ, bị từ trường bắt giữ.
Nguyên tử năng lượng thấp trong vật chất giữa các vì sao có thể xuyên qua nhật quyển. Sau đó, bức xạ tử ngoại của Mặt trời sẽ ion hóa chúng một hoặc hai lần. Các hạt mang điện tạo thành được gia tốc bởi các mặt trước gió Mặt trời, đạt tới vài chục MeV / nucleon. Sau đó, chúng đi vào từ quyển, nơi chúng bị bắt và bị ion hóa hoàn toàn.
Vành đai tĩnh của proton và electron
Vào ngày 22 tháng 3 năm 1991, một luồng sáng cực mạnh đã xảy ra trên Mặt trời, kéo theo sự phóng ra của một khối lượng lớn vật chất Mặt trời. Nó đến từ quyển vào ngày 24 tháng 3 và thay đổi vùng bên ngoài của nó. Các hạt của gió mặt trời, có năng lượng cao, nổ tung vào từ quyển. Họ đã đến khu vực đặt CRESS, vệ tinh của Mỹ, khi đó. cài đặt trên nócác thiết bị đã ghi nhận sự gia tăng mạnh của các proton, có năng lượng nằm trong khoảng từ 20 đến 110 MeV, cũng như các điện tử mạnh (khoảng 15 MeV). Điều này cho thấy sự xuất hiện của một vành đai mới. Đầu tiên, vành đai gần như đứng yên đã được quan sát trên một số tàu vũ trụ. Tuy nhiên, chỉ tại trạm Mir, nó mới được nghiên cứu trong suốt thời gian tồn tại của nó, tức là khoảng hai năm.
Nhân tiện, vào những năm 60 của thế kỷ trước, do các thiết bị hạt nhân phát nổ trong không gian, một vành đai gần như đứng yên đã xuất hiện, bao gồm các electron có năng lượng thấp. Nó kéo dài khoảng 10 năm. Các mảnh phóng xạ của sự phân hạch bị phân rã, đó là nguồn gốc của các hạt mang điện.
Có game nhập vai trên Mặt trăng không
Vệ tinh của hành tinh chúng ta thiếu vành đai bức xạ Van Allen. Ngoài ra, nó không có bầu không khí bảo vệ. Bề mặt của mặt trăng tiếp xúc với gió mặt trời. Một tia sáng mặt trời mạnh, nếu nó xảy ra trong chuyến thám hiểm mặt trăng, sẽ thiêu rụi cả phi hành gia và các viên nang, vì sẽ có một luồng bức xạ khổng lồ được giải phóng, gây chết người.
Có thể tự bảo vệ mình khỏi bức xạ vũ trụ không
Câu hỏi này đã được các nhà khoa học quan tâm trong nhiều năm. Với liều lượng nhỏ, bức xạ, như bạn biết, thực tế không ảnh hưởng đến sức khỏe của chúng ta. Tuy nhiên, nó chỉ an toàn khi nó không vượt quá một ngưỡng nhất định. Bạn có biết mức độ bức xạ bên ngoài vành đai Van Allen, trên bề mặt hành tinh của chúng ta là bao nhiêu không? Thông thường hàm lượng của các hạt radon và thorium không vượt quá 100 Bq trên 1 m3. Bên trong RPZnhững con số này cao hơn nhiều.
Tất nhiên, các vành đai bức xạ của Van Allen Land rất nguy hiểm cho con người. Tác dụng của chúng đối với cơ thể đã được nhiều nhà nghiên cứu. Các nhà khoa học Liên Xô vào năm 1963 nói với Bernard Lovell, một nhà thiên văn học nổi tiếng người Anh, rằng họ không biết một phương tiện bảo vệ một người khỏi tiếp xúc với bức xạ trong không gian. Điều này có nghĩa là ngay cả những lớp vỏ dày cộp của các bộ máy Liên Xô cũng không thể đối phó được. Làm thế nào mà kim loại mỏng nhất được sử dụng trong các viên nang của Mỹ, gần giống như giấy bạc, lại bảo vệ các phi hành gia?
Theo NASA, nó chỉ gửi các phi hành gia lên mặt trăng khi dự kiến không có pháo sáng, mà tổ chức có thể dự đoán. Đây là điều đã làm cho nó có thể giảm thiểu nguy cơ bức xạ đến mức thấp nhất. Tuy nhiên, các chuyên gia khác cho rằng người ta chỉ có thể dự đoán một cách đại khái về ngày lượng khí thải lớn.
Vành đai Van Allen và chuyến bay lên mặt trăng
Leonov, một nhà du hành vũ trụ Liên Xô, đã đi vào không gian vũ trụ vào năm 1966. Tuy nhiên, anh ta đang mặc một bộ đồ chì siêu nặng. Và sau 3 năm, các phi hành gia từ Hoa Kỳ đã nhảy trên bề mặt Mặt Trăng, và rõ ràng là không phải trong các bộ vũ trụ hạng nặng. Có lẽ trong nhiều năm, các chuyên gia của NASA đã tìm cách khám phá ra một loại vật liệu siêu nhẹ có thể bảo vệ các phi hành gia khỏi bức xạ một cách đáng tin cậy? Chuyến bay lên mặt trăng vẫn đặt ra nhiều câu hỏi. Một trong những lập luận chính của những người tin rằng người Mỹ không đổ bộ lên đó là sự tồn tại của các vành đai bức xạ.
