El Cinturón de Radiación de la Tierra (ERB), o el cinturón de Van Allen, es la región del espacio exterior más cercano a nuestro planeta, que parece un anillo, en el que hay flujos gigantes de electrones y protones. La tierra los retiene con un campo magnético dipolar.
Apertura
RPZ fue descubierto en 1957-58. científicos de los Estados Unidos y la URSS. Explorer 1 (en la foto de abajo), el primer satélite espacial estadounidense lanzado en 1958, ha proporcionado datos muy importantes. Gracias a un experimento a bordo realizado por los estadounidenses sobre la superficie de la Tierra (a una altitud de unos 1000 km), se encontró un cinturón de radiación (interno). Más tarde, a una altitud de unos 20.000 km, se descubrió una segunda zona de este tipo. No hay un límite claro entre los cinturones interior y exterior: el primero pasa gradualmente al segundo. Estas dos zonas de radiactividad difieren en el grado de carga de las partículas y su composición.
Estas áreas se conocieron como los cinturones de Van Allen. James Van Allen es un físico cuyo experimento les ayudódescubrir. Los científicos han descubierto que estos cinturones consisten en el viento solar y partículas cargadas de rayos cósmicos, que son atraídas hacia la Tierra por su campo magnético. Cada uno de ellos forma un toro alrededor de nuestro planeta (una forma que se asemeja a una rosquilla).
Muchos experimentos se han llevado a cabo en el espacio desde entonces. Permitieron estudiar las principales características y propiedades de la RPZ. No solo nuestro planeta tiene cinturones de radiación. También se encuentran en otros cuerpos celestes que tienen atmósfera y campo magnético. El cinturón de radiación de Van Allen fue descubierto gracias a una nave espacial interplanetaria estadounidense cerca de Marte. Además, los estadounidenses lo encontraron cerca de Saturno y Júpiter.
Campo magnético dipolar
Nuestro planeta no solo tiene el cinturón de Van Allen, sino también un campo magnético dipolar. Es un conjunto de capas magnéticas anidadas unas dentro de otras. La estructura de este campo se asemeja a una cabeza de repollo o una cebolla. La capa magnética se puede imaginar como una superficie cerrada tejida a partir de líneas de fuerza magnéticas. Cuanto más cerca esté la capa del centro del dipolo, mayor será la intensidad del campo magnético. Además, también aumenta el impulso necesario para que una partícula cargada lo penetre desde el exterior.
Entonces, la N-ésima capa tiene el momento de la partícula P . En el caso de que el momento inicial de la partícula no supere P , se refleja en el campo magnético. La partícula luego regresa al espacio exterior. Sin embargo, también sucede que termina en el caparazón N. En este casoya no es capaz de dejarlo. La partícula atrapada quedará atrapada hasta que se disipe o choque con la atmósfera residual y pierda energía.
En el campo magnético de nuestro planeta, la misma capa se encuentra a diferentes distancias de la superficie terrestre en diferentes longitudes. Esto se debe al desajuste entre el eje del campo magnético y el eje de rotación del planeta. Este efecto se ve mejor sobre la Anomalía Magnética Brasileña. En esta área descienden líneas de fuerza magnética y las partículas atrapadas que se mueven a lo largo de ellas pueden estar por debajo de los 100 km de altura, lo que significa que morirán en la atmósfera terrestre.
Composición RPG
Dentro del cinturón de radiación, la distribución de protones y electrones no es la misma. Los primeros están en la parte interior de la misma, y el segundo - en el exterior. Por lo tanto, en una etapa temprana del estudio, los científicos creían que había cinturones de radiación externos (electrónicos) e internos (de protones) de la Tierra. Actualmente, esta opinión ya no es relevante.
El mecanismo más importante para la generación de partículas que llenan el cinturón de Van Allen es la descomposición de los neutrones del albedo. Cabe señalar que los neutrones se crean cuando la atmósfera interactúa con la radiación cósmica. El flujo de estas partículas que se mueven en la dirección de nuestro planeta (neutrones de albedo) atraviesa el campo magnético de la Tierra sin obstáculos. Sin embargo, son inestables y se descomponen fácilmente en electrones, protones y antineutrinos electrónicos. Los núcleos de albedo radiactivos, que tienen alta energía, se desintegran dentro de la zona de captura. Así es como el cinturón de Van Allen se repone con positrones y electrones.
ERP y tormentas magnéticas
Cuando comienzan fuertes tormentas magnéticas, estas partículas no solo se aceleran, sino que salen del cinturón radiactivo de Van Allen y se derraman fuera de él. El hecho es que si la configuración del campo magnético cambia, los puntos del espejo pueden sumergirse en la atmósfera. En este caso, las partículas, al perder energía (pérdidas por ionización, dispersión), cambian sus ángulos de inclinación y luego perecen cuando alcanzan las capas superiores de la magnetosfera.
RPZ y auroras boreales
El cinturón de radiación de Van Allen está rodeado por una capa de plasma, que es una corriente atrapada de protones (iones) y electrones. Una de las razones de un fenómeno como la aurora boreal (polar) es que las partículas caen fuera de la capa de plasma y también en parte del ERP exterior. La aurora boreal es la emisión de átomos atmosféricos, que se excitan debido a la colisión con partículas que han caído del cinturón.
Investigación RPZ
Casi todos los resultados fundamentales de estudios de formaciones tales como cinturones de radiación se obtuvieron alrededor de las décadas de 1960 y 1970. Las observaciones recientes utilizando estaciones orbitales, naves espaciales interplanetarias y el equipo científico más moderno han permitido a los científicos obtener nueva información muy importante. Los cinturones de Van Allen alrededor de la Tierra continúan siendo estudiados en nuestro tiempo. Hablemos brevemente sobre los logros más importantes en esta área.
Datos recibidos de Salyut-6
Investigadores del MEPhI a principios de los 80 del siglo pasadoinvestigó los flujos de electrones con un alto nivel de energía en las inmediaciones de nuestro planeta. Para ello, utilizaron el equipo que se encontraba en la estación orbital Salyut-6. Permitió a los científicos aislar de manera muy efectiva los flujos de positrones y electrones, cuya energía supera los 40 MeV. La órbita de la estación (inclinación 52°, altitud de unos 350-400 km) pasó principalmente por debajo del cinturón de radiación de nuestro planeta. Sin embargo, todavía tocó su parte interna en la Anomalía Magnética Brasileña. Al cruzar esta región, se encontraron corrientes estacionarias compuestas por electrones de alta energía. Antes de este experimento, en el ERP solo se registraban electrones, cuya energía no superaba los 5 MeV.
Datos de satélites artificiales de la serie "Meteor-3"
Investigadores del MEPhI realizaron nuevas mediciones en satélites artificiales de nuestro planeta de la serie Meteor-3, en los que la altura de las órbitas circulares era de 800 y 1200 km. Esta vez el dispositivo ha penetrado muy profundamente en la RPZ. Confirmó los resultados que se obtuvieron anteriormente en la estación Salyut-6. Luego, los investigadores obtuvieron otro resultado importante utilizando los espectrómetros magnéticos instalados en las estaciones Mir y Salyut-7. Se demostró que el cinturón estable descubierto anteriormente consiste exclusivamente en electrones (sin positrones), cuya energía es muy alta (hasta 200 MeV).
Descubrimiento del cinturón estacionario de núcleos CNO
Un grupo de investigadores del SNNP MSU a finales de los 80 y principios de los 90 del siglo pasado llevó a cabo un experimento destinado ael estudio de los núcleos que se encuentran en el espacio exterior más cercano. Estas medidas se llevaron a cabo utilizando cámaras proporcionales y emulsiones fotográficas nucleares. Se llevaron a cabo en satélites de la serie Kosmos. Los científicos han detectado la presencia de corrientes de núcleos de N, O y Ne en una región del espacio exterior en la que la órbita de un satélite artificial (una inclinación de 52 °, una altitud de unos 400-500 km) cruzó la anomalía brasileña.
Como mostró el análisis, estos núcleos, cuya energía alcanzaba varias decenas de MeV/nucleón, no eran de origen galáctico, albedoico o solar, ya que no podían penetrar profundamente en la magnetosfera de nuestro planeta con tal energía. Entonces, los científicos descubrieron el componente anómalo de los rayos cósmicos, capturados por el campo magnético.
Los átomos de baja energía en la materia interestelar pueden penetrar la heliosfera. Luego, la radiación ultravioleta del Sol los ioniza una o dos veces. Las partículas cargadas resultantes son aceleradas por los frentes de viento solar, alcanzando varias decenas de MeV/nucleón. Luego ingresan a la magnetosfera, donde son capturados y completamente ionizados.
Cinturón cuasiestacionario de protones y electrones
El 22 de marzo de 1991, se produjo una poderosa llamarada en el Sol, que estuvo acompañada por la expulsión de una enorme masa de materia solar. Llegó a la magnetosfera el 24 de marzo y cambió su región exterior. Partículas del viento solar, que tenían mucha energía, irrumpieron en la magnetosfera. Llegaron a la zona donde entonces se encontraba CRESS, el satélite estadounidense. instalado en élLos instrumentos registraron un fuerte aumento de protones, cuya energía oscilaba entre 20 y 110 MeV, así como de potentes electrones (alrededor de 15 MeV). Esto indicaba el surgimiento de un nuevo cinturón. Primero, se observó el cinturón casi estacionario en varias naves espaciales. Sin embargo, solo en la estación Mir se estudió durante toda su vida útil, que es de unos dos años.
Por cierto, en los años 60 del siglo pasado, a raíz de la explosión de dispositivos nucleares en el espacio, apareció un cinturón casi estacionario, formado por electrones de baja energía. Duró aproximadamente 10 años. Los fragmentos radiactivos de la fisión se descompusieron, lo que fue la fuente de partículas cargadas.
¿Hay un juego de rol en la Luna
El satélite de nuestro planeta carece del cinturón de radiación de Van Allen. Además, no tiene una atmósfera protectora. La superficie de la luna está expuesta a los vientos solares. Una llamarada solar fuerte, si ocurriera durante una expedición lunar, incineraría tanto a los astronautas como a las cápsulas, ya que se liberaría una enorme corriente de radiación, que es mortal.
¿Es posible protegerse de la radiación cósmica
Esta pregunta ha sido de interés para los científicos durante muchos años. En pequeñas dosis, la radiación, como sabéis, prácticamente no tiene efectos sobre nuestra salud. Sin embargo, es seguro solo cuando no supera un cierto umbral. ¿Sabes cuál es el nivel de radiación fuera del cinturón de Van Allen, en la superficie de nuestro planeta? Por lo general, el contenido de partículas de radón y torio no supera los 100 Bq por 1 m3. Dentro de la RPZestas cifras son mucho más altas.
Por supuesto, los cinturones de radiación de Van Allen Land son muy peligrosos para los humanos. Su efecto en el cuerpo ha sido estudiado por muchos investigadores. En 1963, los científicos soviéticos le dijeron a Bernard Lovell, un conocido astrónomo británico, que no conocían ningún medio para proteger a una persona de la exposición a la radiación en el espacio. Esto significaba que ni siquiera los proyectiles de paredes gruesas de los aparatos soviéticos podían hacerle frente. ¿Cómo protegió a los astronautas el metal más delgado utilizado en las cápsulas estadounidenses, casi como papel de aluminio?
Según la NASA, envió astronautas a la luna solo cuando no se esperaban llamaradas, lo que la organización puede predecir. Esto es lo que hizo posible reducir al mínimo el riesgo de radiación. Otros expertos, sin embargo, argumentan que solo se puede predecir aproximadamente la fecha de las grandes emisiones.
El cinturón de Van Allen y el vuelo a la luna
Leonov, un cosmonauta soviético, sin embargo, viajó al espacio exterior en 1966. Sin embargo, vestía un traje de plomo súper pesado. Y después de 3 años, los astronautas de los Estados Unidos estaban s altando sobre la superficie lunar, y obviamente no en trajes espaciales pesados. ¿Quizás, a lo largo de los años, los especialistas de la NASA han logrado descubrir un material ultraligero que protege de manera confiable a los astronautas de la radiación? El vuelo a la luna todavía plantea muchas preguntas. Uno de los principales argumentos de quienes creen que los estadounidenses no aterrizaron en él es la existencia de cinturones de radiación.
