Радиационные пояса Земли

Радиационный пояс — область магнитосфер планет, в которой накапливаются и удерживаются проникшие в магнитосферу высокоэнергичные заряженные частицы (в основном протоны и электроны).

Радиационный пояс Земли

РПЗ (пояс Ван Аллена).

Другое название радиационный пояс Ван Аллена, от англ. Van Allen radiation belt.

Внутри магнитосферы, как и в любом дипольном поле, есть области, недоступные для частиц с кинетической энергией E, меньше критической. Те же частицы с энергией E<Екр, которые все-таки уже там находятся, не могут эти области покинуть. Эти запрещенные области магнитосферы называются зонами захвата. В зонах захвата дипольного (квазидипольного) поля Земли действительно удерживаются значительные потоки захваченных частиц (прежде всего, протонов и электронов).

Радиационный пояс Земли (РПЗ) в западной литературе обычно называется поясом Ван-Аллена. РПЗ был открыт американскими и советскими учеными (С.Н. Вернов и А.Е. Чудаков) в 1957—1958 годах и представляет собой в первом приближении тороид, в котором выделяется две области:

• внутренний радиационный пояс на высоте ~ 4000 км, состоящий преимущественно из протонов с энергией в десятки МэВ;
• внешний радиационный пояс на высоте ~ 17 000 км, состоящий преимущественно из электронов с энергией в десятки кэВ.

Зависимость положения нижней границы радиационного пояса — долготная. Над Атлантикой возрастание интенсивности начинается на высоте 500 км, а над Индонезией на высоте 1300 км. Если те же графики построить в зависимости от магнитной индукции В, то все измерения уложатся на одну кривую, что еще раз подтверждает магнитную природу захвата.

Между внутренним и внешним радиационными поясами имеется щель, расположенная в интервале от 2 до 3 радиусов Земли. Потоки частиц во внешнем поясе больше, чем во внутреннем. Различен и состав частиц: во внутреннем поясе протоны и электроны, во внешнем — электроны. Применение неэкранированных детекторов существенно расширило сведения о радиационных поясах. Были обнаружены электроны и протоны с энергией несколько десятков и сот килоэлектронвольт соответственно. Эти частицы имеют существенно иное, по сравнению с проникающими, пространственное распределение.

Максимум интенсивности протонов низких энергий расположен на расстояниях L~3 от центра Земли. Малоэнергичные электроны заполняют всю область захвата. Для них нет разделения на внутренний и внешний пояса. Частицы с энергией десятки кэВ непривычно относить к космическим лучам, однако радиационные пояса представляют собой единое явление и должны изучаться в комплексе с частицами всех энергий. Поток протонов во внутреннем поясе довольно устойчив во времени. Первые эксперименты показали, что электроны высокой энергии (E>1-5 МэВ) сосредоточены во внешнем поясе. Электроны с энергией меньше 1 МэВ заполняют почти всю магнитосферу. Внутренний пояс очень стабилен, тогда как внешний испытывает резкие колебания

Радиационные пояса планет

Радиоизображение Юпитера: яркие области (белые) — радиоизлучение радиационных поясов

Благодаря наличию сильного магнитного поля, планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун) также обладают сильными радиационными поясами, напоминающими внешний радиационный пояс Земли.

История исследований

Радиоизлучение радиационного пояса Юпитера впервые было обнаружено в 1955 г., однако природа излучения тогда оставалась непонятной. Непосредственные измерения в радиационном поясе Юпитера впервые были проведены КА Пионер-10, прошедшим через его наиболее плотную область в 1973 г.

Существование радиационных поясов Земли было открыто в ходе полёта американского ИСЗ «Эксплорер-1» в 1958 г., сконструированного и построенного группой Ван Аллена (James van Allen), в честь которого они и были названы.

См. также

• Starfish Prime — эксперимент по изучению высотного ядерного взрыва в условиях космического пространства.

Ссылки

• The Exploration of the Earth’s Magnetosphere: Explorers 1 and 3
• А. М. Гальпер, Радиационный пояс Земли
• История открытия радиационных поясов Земли: кто же, когда и как?
• Радиационные пояса Земли, статья на сайте НПФ Янтарь

Литература

• С. В. Мурзин. Введение в физику космических лучей. Москва, М.: Атомиздат, 1979.
• Модель космического пространства — , изд-во МГУ, в 3-х томах.