Maa kiirgusvöönd (ERB ehk Van Alleni vöö) on meie planeedi lähedal asuva lähima avakosmose piirkond, mis näeb välja nagu rõngas, milles liiguvad hiiglaslikud elektronide ja prootonite vood. Maa hoiab neid dipoolmagnetväljaga.
Avamine
RPZ avastati aastatel 1957–1958. USA ja NSV Liidu teadlased. 1958. aastal orbiidile saadetud esimene USA kosmosesatelliit Explorer 1 (alloleval pildil) on andnud väga olulisi andmeid. Tänu ameeriklaste pardal läbi viidud eksperimendile Maa pinna kohal (umbes 1000 km kõrgusel) leiti kiirgusvöö (sisemine). Hiljem, umbes 20 000 km kõrgusel, avastati teine selline tsoon. Sisemise ja välimise vöö vahel pole selget piiri - esimene läheb järk-järgult teiseks. Need kaks radioaktiivsustsooni erinevad osakeste laengu astme ja koostise poolest.
Neid piirkondi hakati nimetama Van Alleni vöödeks. James Van Allen on füüsik, kelle katse aitas neidavastada. Teadlased on leidnud, et need vööd koosnevad päikesetuulest ja kosmiliste kiirte laetud osakestest, mida selle magnetväli tõmbab Maa poole. Igaüks neist moodustab meie planeedi ümber toruse (kuju, mis meenutab sõõrikut).
Sellest ajast peale on kosmoses tehtud palju katseid. Need võimaldasid uurida RPZ põhijooni ja omadusi. Mitte ainult meie planeedil pole kiirgusvööd. Neid leidub ka teistes taevakehades, millel on atmosfäär ja magnetväli. Van Alleni kiirgusvöö avastati tänu USA planeetidevahelisele kosmoselaevale Marsi lähedal. Lisaks leidsid ameeriklased selle Saturni ja Jupiteri lähed alt.
Dipoolne magnetväli
Meie planeedil pole mitte ainult Van Alleni vöö, vaid ka dipoolmagnetväli. See on magnetkestade komplekt, mis paiknevad üksteise sees. Selle põllu struktuur meenutab kapsapead või sibulat. Magnetkest võib ette kujutada suletud pinnana, mis on kootud magnetilistest jõujoontest. Mida lähemal on kest dipooli keskpunktile, seda suuremaks muutub magnetvälja tugevus. Lisaks suureneb ka impulss, mis on vajalik laetud osakese sissetungimiseks väljastpoolt.
Niisiis, N-ndal kestal on osakeste impulss P . Juhul, kui osakese algimpulss ei ületa P , peegeldub see magnetväljast. Seejärel naaseb osake kosmosesse. Juhtub aga sedagi, et see satub N-nda kesta peale. Sel juhulta ei saa enam sellest lahkuda. Lõksu jäänud osake jääb lõksu, kuni see hajub või põrkub kokku jääkatmosfääriga ja kaotab energiat.
Meie planeedi magnetväljas asub sama kest erinevatel pikkuskraadidel maapinnast erinevatel kaugustel. Selle põhjuseks on mittevastavus magnetvälja telje ja planeedi pöörlemistelje vahel. See efekt on kõige paremini nähtav Brasiilia magnetilise anomaalia korral. Selles piirkonnas laskuvad magnetilised jõujooned ja neid mööda liikuvad lõksus olevad osakesed võivad olla alla 100 km kõrgused, mis tähendab, et nad surevad Maa atmosfääris.
RPG koosseis
Kiirgusvöö sees ei ole prootonite ja elektronide jaotus sama. Esimesed asuvad selle sisemises osas ja teine - välimises. Seetõttu uskusid teadlased uuringu varajases staadiumis, et Maa peal on välised (elektroonilised) ja sisemised (prootoni) kiirgusvööd. Praegu pole see arvamus enam asjakohane.
Kõige olulisem mehhanism Van Alleni vööd täitvate osakeste tekkeks on albedoneutronite lagunemine. Tuleb märkida, et neutronid tekivad siis, kui atmosfäär interakteerub kosmilise kiirgusega. Nende osakeste vool, mis liigub meie planeedilt lähtuvas suunas (albedoneutronid), läbib takistusteta Maa magnetvälja. Kuid need on ebastabiilsed ja lagunevad kergesti elektronideks, prootoniteks ja elektronide antineutriinodeks. Kõrge energiaga radioaktiivsed albeedo tuumad lagunevad püüdmistsoonis. Nii täieneb Van Alleni vöö positronite ja elektronidega.
ERP ja magnettormid
Kui algavad tugevad magnettormid, siis need osakesed mitte ainult ei kiirenda, vaid lahkuvad Van Alleni radioaktiivsest vööst, valgudes se alt välja. Fakt on see, et kui magnetvälja konfiguratsioon muutub, võivad peegelpunktid sattuda atmosfääri. Sel juhul muudavad osakesed energiat kaotades (ionisatsioonikaod, hajumine) oma kaldenurki ja seejärel hävivad, kui nad jõuavad magnetosfääri ülemistesse kihtidesse.
RPZ ja virmalised
Van Alleni kiirgusvöö on ümbritsetud plasmakihiga, mis on kinni jäänud prootonite (ioonide) ja elektronide voog. Sellise nähtuse nagu virmalised (polaartuled) üheks põhjuseks on see, et osakesed langevad plasmakihist välja ja osaliselt ka välimisest ERP-st. Aurora borealis on atmosfääri aatomite emissioon, mis ergastuvad kokkupõrke tõttu vööst välja kukkunud osakestega.
RPZ-uuringud
Peaaegu kõik selliste moodustiste nagu kiirgusvööde uurimise põhitulemused saadi 1960. ja 70. aastatel. Hiljutised vaatlused orbitaaljaamade, planeetidevaheliste kosmoselaevade ja uusimate teadusseadmete abil on võimaldanud teadlastel saada väga olulist uut teavet. Maad ümbritsevate Van Alleni vööde uurimine jätkub meie ajal. Räägime lühid alt selle valdkonna olulisematest saavutustest.
Salyut-6-lt saadud andmed
MEPhI uurijad eelmise sajandi 80. aastate algusesuuris kõrge energiatasemega elektronide vooge meie planeedi vahetus läheduses. Selleks kasutasid nad Salyut-6 orbitaaljaamas olnud seadmeid. See võimaldas teadlastel väga tõhus alt eraldada positronite ja elektronide voogusid, mille energia ületab 40 MeV. Jaama orbiit (kalle 52°, kõrgus ca 350-400 km) kulges peamiselt meie planeedi kiirgusvöö alt. Siiski puudutas see ikkagi oma sisemist osa Brasiilia magnetanomaalia juures. Selle piirkonna läbimisel leiti kõrge energiaga elektronidest koosnevaid statsionaarseid voogusid. Enne seda katset registreeriti ERP-s ainult elektronid, mille energia ei ületanud 5 MeV.
Andmed sarja "Meteor-3" tehissatelliitidelt
MEPhI uurijad viisid läbi täiendavaid mõõtmisi meie planeedi Meteor-3 seeria tehissatelliitidel, mille ümmarguste orbiitide kõrgused olid 800 ja 1200 km. Seekord on seade tunginud väga sügavale RPZ-sse. Ta kinnitas tulemusi, mis saadi varem jaamas Saljut-6. Seejärel said teadlased Mir ja Saljut-7 jaamadesse paigaldatud magnetspektromeetrite abil veel ühe olulise tulemuse. Tõestus, et varem avastatud stabiilne vöö koosneb eranditult elektronidest (ilma positroniteta), mille energia on väga kõrge (kuni 200 MeV).
CNO tuumade statsionaarse vöö avastamine
Rühm SNNP MSU teadlasi viis eelmise sajandi 80ndate lõpus ja 90ndate alguses läbi katse, mille eesmärk olituumade uurimine, mis asuvad lähimas kosmoses. Need mõõtmised viidi läbi proportsionaalsete kambrite ja tuumafotoemulsioonide abil. Need viidi läbi Kosmose seeria satelliitidel. Teadlased on tuvastanud N-, O- ja Ne-tuumade voogude esinemise kosmosepiirkonnas, kus tehissatelliidi orbiit (52° kalle, umbes 400–500 km kõrgusel) ületas Brasiilia anomaalia.
Nagu analüüs näitas, ei olnud need tuumad, mille energia ulatus mitmekümne MeV nukleoni kohta, galaktilist, albeedo- ega päikese päritolu, kuna nad ei suutnud sellise energiaga sügavale meie planeedi magnetosfääri tungida. Nii avastasid teadlased kosmiliste kiirte anomaalse komponendi, mille tabas magnetväli.
Madala energiaga aatomid tähtedevahelises aines suudavad tungida läbi heliosfääri. Seejärel ioniseerib Päikese ultraviolettkiirgus neid üks või kaks korda. Saadud laetud osakesi kiirendavad päikesetuule frondid, ulatudes mitmekümne MeV/nukleonini. Seejärel sisenevad nad magnetosfääri, kus nad kinni püütakse ja täielikult ioniseeritakse.
Kvaasistatsionaarne prootonite ja elektronide vöö
22. märtsil 1991 toimus Päikesel võimas sähvatus, millega kaasnes tohutu päikeseaine massi väljapaiskumine. See jõudis magnetosfääri 24. märtsiks ja muutis oma välispiirkonda. Suure energiaga päikesetuule osakesed purskasid magnetosfääri. Nad jõudsid piirkonda, kus asus siis Ameerika satelliit CRESS. sellele paigaldatudinstrumendid registreerisid prootonite arvu järsu suurenemise, mille energia jäi vahemikku 20–110 MeV, aga ka võimsate elektronide (umbes 15 MeV) arvu. See viitas uue vöö tekkimisele. Esiteks täheldati kvaasistatsionaarset vööd paljudel kosmoselaevadel. Kuid ainult Mir jaamas uuriti seda kogu selle eluea jooksul, mis on umbes kaks aastat.
Muide, eelmise sajandi 60ndatel tekkis tuumaseadmete kosmoses plahvatuse tagajärjel kvaasistatsionaarne vöö, mis koosnes madala energiaga elektronidest. See kestis umbes 10 aastat. Lõhustumise radioaktiivsed fragmendid lagunesid, mis oli laetud osakeste allikas.
Kas Kuul on RPG-d
Meie planeedi satelliidil puudub Van Alleni kiirgusvöö. Lisaks ei ole sellel kaitsvat atmosfääri. Kuu pind on avatud päikesetuultele. Tugev päikesesähvatus, kui see juhtuks Kuu ekspeditsiooni ajal, põletaks nii astronaudid kui ka kapslid, kuna vabaneks tohutu kiirgusvoog, mis on surmav.
Kas on võimalik end kaitsta kosmilise kiirguse eest
See küsimus on teadlasi huvitanud juba aastaid. Väikestes annustes ei avalda kiirgus, nagu teate, meie tervisele praktiliselt mingit mõju. Kuid see on ohutu ainult siis, kui see ei ületa teatud läve. Kas teate, milline on kiirgustase väljaspool Van Alleni vööd, meie planeedi pinnal? Tavaliselt ei ületa radooni ja tooriumi osakeste sisaldus 100 Bq 1 m3 kohta. RPZ seesneed arvud on palju suuremad.
Muidugi on Van Allen Landi kiirgusvööd inimestele väga ohtlikud. Nende mõju organismile on uurinud paljud teadlased. Nõukogude teadlased ütlesid 1963. aastal tuntud Briti astronoomile Bernard Lovellile, et nad ei tea, kuidas kaitsta inimest kosmosekiirguse eest. See tähendas, et isegi nõukogude aparaatide paksuseinalised kestad ei tulnud sellega toime. Kuidas kaitses astronaute Ameerika kapslites kasutatud kõige õhem metall, peaaegu nagu foolium?
NASA andmetel saatis ta astronaudid Kuule alles siis, kui rakette polnud oodata, mida organisatsioon suudab ennustada. Just see võimaldas vähendada kiirgusohtu miinimumini. Teised eksperdid aga väidavad, et suurte heitkoguste kuupäeva saab ennustada vaid ligikaudselt.
Van Alleni vöö ja lend Kuule
Leonov, Nõukogude kosmonaut, läks 1966. aastal siiski avakosmosesse. Küll aga oli tal seljas üliraske pliisülikond. Ja 3 aasta pärast hüppasid USA astronaudid Kuu pinnal ja ilmselgelt mitte rasketes skafandrites. Võib-olla on NASA spetsialistidel aastate jooksul õnnestunud avastada ülikerge materjal, mis kaitseb astronaute usaldusväärselt kiirguse eest? Lend Kuule tekitab endiselt palju küsimusi. Üks nende peamisi argumente, kes usuvad, et ameeriklased sellele ei maandunud, on kiirgusvööde olemasolu.
