Earth's Radiation Belt (ERB) หรือแถบแวนอัลเลนเป็นบริเวณรอบนอกที่ใกล้ที่สุดใกล้โลกของเราซึ่งดูเหมือนวงแหวนซึ่งมีอิเล็กตรอนและโปรตอนไหลอยู่เป็นจำนวนมาก โลกถือพวกมันไว้ด้วยสนามแม่เหล็กไดโพล
เปิด
RPZ ถูกค้นพบในปี 2500-58 นักวิทยาศาสตร์จากสหรัฐอเมริกาและสหภาพโซเวียต Explorer 1 (ภาพด้านล่าง) ซึ่งเป็นดาวเทียมอวกาศดวงแรกของสหรัฐฯ ที่ปล่อยในปี 1958 ได้ให้ข้อมูลที่สำคัญมาก ต้องขอบคุณการทดลองบนเครื่องบินที่ดำเนินการโดยชาวอเมริกันเหนือพื้นผิวโลก (ที่ระดับความสูงประมาณ 1,000 กม.) พบแถบรังสี (ภายใน) ต่อมาที่ระดับความสูงประมาณ 20,000 กม. มีการค้นพบโซนที่สอง ไม่มีขอบเขตที่ชัดเจนระหว่างเข็มขัดด้านในและด้านนอก - แถบแรกจะค่อยๆ ผ่านเข้าไปในแถบที่สอง กัมมันตภาพรังสีทั้งสองโซนนี้ต่างกันในระดับประจุของอนุภาคและองค์ประกอบ
บริเวณเหล่านี้กลายเป็นที่รู้จักในชื่อแถบแวนอัลเลน James Van Allen เป็นนักฟิสิกส์ที่การทดลองช่วยพวกเขาค้นพบ. นักวิทยาศาสตร์พบว่าแถบเหล่านี้ประกอบด้วยลมสุริยะและอนุภาคที่มีประจุของรังสีคอสมิกซึ่งดึงดูดโลกด้วยสนามแม่เหล็ก พวกเขาแต่ละคนสร้างพรูรอบโลกของเรา (รูปร่างที่คล้ายกับโดนัท)
มีการทดลองมากมายในอวกาศตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา พวกเขาทำให้สามารถศึกษาคุณสมบัติหลักและคุณสมบัติของ RPZ ได้ ไม่เพียงแต่โลกของเราเท่านั้นที่มีแถบรังสี พวกเขายังพบในเทห์ฟากฟ้าอื่นที่มีบรรยากาศและสนามแม่เหล็ก Van Allen Radiation Belt ถูกค้นพบด้วยยานอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ของสหรัฐฯ ใกล้ดาวอังคาร นอกจากนี้ ชาวอเมริกันพบว่ามันอยู่ใกล้ดาวเสาร์และดาวพฤหัสบดี
สนามแม่เหล็กไดโพล
โลกของเราไม่ได้มีแค่แถบแวนอัลเลนแต่ยังมีสนามแม่เหล็กไดโพลด้วย เป็นชุดของเปลือกแม่เหล็กที่ซ้อนกันอยู่ภายในกันและกัน โครงสร้างของทุ่งนี้คล้ายกับหัวกะหล่ำปลีหรือหัวหอม เปลือกแม่เหล็กสามารถจินตนาการได้ว่าเป็นพื้นผิวปิดที่ทอจากเส้นแรงแม่เหล็ก ยิ่งเปลือกอยู่ใกล้ศูนย์กลางของไดโพลมากเท่าใด ความแรงของสนามแม่เหล็กก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น นอกจากนี้ โมเมนตัมที่จำเป็นสำหรับอนุภาคที่มีประจุเพื่อเจาะจากภายนอกก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน
ดังนั้น เปลือกที่ N มีโมเมนตัมของอนุภาค P ในกรณีที่โมเมนตัมเริ่มต้นของอนุภาคไม่เกิน P จะสะท้อนกลับโดยสนามแม่เหล็ก อนุภาคจะกลับสู่อวกาศ อย่างไรก็ตาม มันก็ยังเกิดขึ้นที่มันจบลงที่เชลล์ Nth ในกรณีนี้เธอไม่สามารถทิ้งมันได้อีกต่อไป อนุภาคที่ติดอยู่จะถูกดักจับจนกว่ามันจะสลายหรือชนกับบรรยากาศที่เหลือและสูญเสียพลังงาน
ในสนามแม่เหล็กของโลก เปลือกเดียวกันนี้อยู่ห่างจากพื้นผิวโลกที่เส้นแวงต่างกัน นี่เป็นเพราะความไม่ตรงกันระหว่างแกนของสนามแม่เหล็กกับแกนหมุนของดาวเคราะห์ เอฟเฟกต์นี้มองเห็นได้ดีที่สุดเหนือความผิดปกติทางแม่เหล็กของบราซิล ในบริเวณนี้ เส้นแรงแม่เหล็กลงมา และอนุภาคที่ติดอยู่ที่เคลื่อนที่ไปตามพวกมันอาจมีความสูงต่ำกว่า 100 กม. ซึ่งหมายความว่าพวกมันจะตายในชั้นบรรยากาศของโลก
องค์ประกอบ RPG
ภายในแถบรังสี การกระจายของโปรตอนและอิเล็กตรอนไม่เหมือนกัน อันแรกอยู่ด้านในของมันและอันที่สองอยู่ด้านนอก ดังนั้น ในช่วงเริ่มต้นของการศึกษา นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่ามีแถบการแผ่รังสีภายนอก (อิเล็กทรอนิกส์) และภายใน (โปรตอน) ของโลก ขณะนี้ ความคิดเห็นนี้ไม่เกี่ยวข้องอีกต่อไป
กลไกที่สำคัญที่สุดสำหรับการสร้างอนุภาคในแถบแวนอัลเลนคือการสลายตัวของอัลเบโดนิวตรอน ควรสังเกตว่านิวตรอนถูกสร้างขึ้นเมื่อบรรยากาศมีปฏิสัมพันธ์กับรังสีคอสมิก การไหลของอนุภาคเหล่านี้เคลื่อนที่ไปในทิศทางจากดาวเคราะห์ของเรา (อัลเบโดนิวตรอน) ผ่านสนามแม่เหล็กของโลกโดยไม่มีอุปสรรค อย่างไรก็ตาม พวกมันไม่เสถียรและสลายตัวเป็นอิเล็กตรอน โปรตอน และแอนตินิวตริโนของอิเล็กตรอนได้ง่าย นิวเคลียสอัลเบโดกัมมันตภาพรังสีซึ่งมีพลังงานสูงจะสลายตัวภายในเขตจับนี่คือวิธีที่สายพาน Van Allen เติมเต็มด้วยโพซิตรอนและอิเล็กตรอน
ERP และพายุแม่เหล็ก
เมื่อเกิดพายุแม่เหล็กแรง อนุภาคเหล่านี้ไม่เพียงแต่เร่งความเร็ว แต่ยังปล่อยสายพานกัมมันตภาพรังสี Van Allen ออกมาด้วย ความจริงก็คือว่าหากการกำหนดค่าของสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงไป จุดสะท้อนของกระจกก็สามารถแช่อยู่ในบรรยากาศได้ ในกรณีนี้ อนุภาคที่สูญเสียพลังงาน (การสูญเสียอิออไนเซชัน การกระเจิง) เปลี่ยนมุมพิทช์และพินาศเมื่อไปถึงชั้นบนของสนามแม่เหล็ก
RPZ และแสงเหนือ
แถบรังสี Van Allen ล้อมรอบด้วยชั้นพลาสม่าซึ่งเป็นกระแสโปรตอน (ไอออน) และอิเล็กตรอนที่ติดอยู่ สาเหตุหนึ่งที่ทำให้เกิดปรากฏการณ์เช่นแสงเหนือ (โพลาร์) คืออนุภาคตกลงมาจากชั้นพลาสมา และส่วนหนึ่งมาจาก ERP ด้านนอกด้วย แสงออโรร่าเหนือคือการปล่อยอะตอมของบรรยากาศซึ่งตื่นเต้นเนื่องจากการชนกับอนุภาคที่ตกลงมาจากสายพาน
วิจัย RPZ
ผลการศึกษาขั้นพื้นฐานเกือบทั้งหมดของการก่อตัวเช่นแถบรังสีได้รับในช่วงทศวรรษที่ 1960 และ 70 การสังเกตการณ์ล่าสุดโดยใช้สถานีโคจร ยานอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ และอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์ล่าสุดช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ได้รับข้อมูลใหม่ที่สำคัญมาก เข็มขัดแวนอัลเลนรอบโลกยังคงได้รับการศึกษาต่อไปในสมัยของเรา มาพูดคุยสั้นๆ เกี่ยวกับความสำเร็จที่สำคัญที่สุดในพื้นที่นี้กัน
ข้อมูลที่ได้รับจาก Salyut-6
นักวิจัยจาก MEPHI ในช่วงต้นยุค 80 ของศตวรรษที่ผ่านมาตรวจสอบการไหลของอิเล็กตรอนที่มีพลังงานสูงในบริเวณใกล้เคียงกับโลกของเรา ในการทำเช่นนี้พวกเขาใช้อุปกรณ์ที่อยู่บนสถานีวงโคจร Salyut-6 ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถแยกฟลักซ์ของโพสิตรอนและอิเล็กตรอนได้อย่างมีประสิทธิภาพมาก ซึ่งพลังงานดังกล่าวมีมากกว่า 40 MeV วงโคจรของสถานี (ความเอียง 52° ระดับความสูงประมาณ 350-400 กม.) เคลื่อนผ่านใต้แถบรังสีของโลกเป็นหลัก อย่างไรก็ตาม มันยังคงสัมผัสส่วนด้านในของมันที่ Brazilian Magnetic Anomaly เมื่อข้ามบริเวณนี้ พบว่ามีลำธารนิ่งซึ่งประกอบด้วยอิเล็กตรอนพลังงานสูง ก่อนการทดลองนี้ บันทึกเฉพาะอิเล็กตรอนใน ERP ซึ่งมีพลังงานไม่เกิน 5 MeV
ข้อมูลจากดาวเทียมประดิษฐ์ของซีรีส์ "อุกกาบาต-3"
นักวิจัยจาก MEPHI ได้ทำการตรวจวัดเพิ่มเติมบนดาวเทียมเทียมของดาวเคราะห์ในซีรีส์ Meteor-3 ของเรา ซึ่งมีความสูงของวงโคจรเป็นวงกลมอยู่ที่ 800 และ 1200 กม. คราวนี้อุปกรณ์ได้เจาะลึกมากใน RPZ เขายืนยันผลลัพธ์ที่ได้รับก่อนหน้านี้ที่สถานีสลุต-6 จากนั้นนักวิจัยก็ได้ผลลัพธ์ที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งโดยใช้เครื่องสเปกโตรมิเตอร์แม่เหล็กที่ติดตั้งที่สถานี Mir และ Salyut-7 ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าแถบเสถียรที่ค้นพบก่อนหน้านี้ประกอบด้วยอิเล็กตรอนเท่านั้น (ไม่มีโพซิตรอน) ซึ่งมีพลังงานสูงมาก (สูงถึง 200 MeV)
การค้นพบเข็มขัดนิรภัยของนิวเคลียส CNO
กลุ่มนักวิจัยจาก SNNP MSU ในช่วงปลายยุค 80 และต้นยุค 90 ของศตวรรษที่ผ่านมาได้ทำการทดลองโดยมุ่งเป้าไปที่การศึกษานิวเคลียสที่อยู่ในอวกาศที่ใกล้ที่สุด การวัดเหล่านี้ดำเนินการโดยใช้ห้องแบบสัดส่วนและอิมัลชันการถ่ายภาพนิวเคลียร์ พวกเขาถูกนำออกไปด้วยดาวเทียมของซีรีส์คอสมอส นักวิทยาศาสตร์ตรวจพบการมีอยู่ของลำธารของนิวเคลียส N, O และ Ne ในพื้นที่ของอวกาศรอบนอกซึ่งวงโคจรของดาวเทียมเทียม (ความเอียง 52 ° ระดับความสูงประมาณ 400-500 กม.) ข้ามความผิดปกติของบราซิล
จากการวิเคราะห์พบว่า นิวเคลียสเหล่านี้ซึ่งมีพลังงานถึงหลายสิบของ MeV/นิวคลีออน ไม่ได้มาจากกาแล็กซี อัลเบโด หรือกำเนิดสุริยะ เนื่องจากพวกมันไม่สามารถเจาะลึกเข้าไปในสนามแม่เหล็กของโลกด้วยพลังงานดังกล่าวได้ ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงค้นพบองค์ประกอบผิดปกติของรังสีคอสมิกที่สนามแม่เหล็กจับไว้
อะตอมพลังงานต่ำในสสารระหว่างดาวสามารถทะลุผ่านเฮลิโอสเฟียร์ได้ จากนั้นรังสีอัลตราไวโอเลตของดวงอาทิตย์จะแตกตัวเป็นไอออนหนึ่งครั้งหรือสองครั้ง อนุภาคที่มีประจุที่เกิดขึ้นจะถูกเร่งโดยหน้าลมสุริยะ ไปถึง MeV/นิวคลีออนหลายสิบตัว จากนั้นพวกมันจะเข้าสู่สนามแม่เหล็กซึ่งพวกมันถูกจับและแตกตัวเป็นไอออนอย่างสมบูรณ์
สายพานกึ่งโปรตอนและอิเล็กตรอน
เมื่อวันที่ 22 มีนาคม พ.ศ. 2534 เกิดเปลวไฟอันทรงพลังบนดวงอาทิตย์ ซึ่งมาพร้อมกับการปล่อยมวลสารสุริยะจำนวนมหาศาลออกมา มันมาถึงสนามแม่เหล็กภายในวันที่ 24 มีนาคมและเปลี่ยนบริเวณรอบนอก อนุภาคของลมสุริยะซึ่งมีพลังงานสูงระเบิดเข้าไปในสนามแม่เหล็ก พวกเขาไปถึงบริเวณที่ตั้งของ CRESS ซึ่งเป็นดาวเทียมของอเมริกา ติดตั้งบนมันเครื่องมือบันทึกการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของโปรตอนซึ่งมีพลังงานอยู่ระหว่าง 20 ถึง 110 MeV รวมถึงอิเล็กตรอนทรงพลัง (ประมาณ 15 MeV) สิ่งนี้บ่งบอกถึงการเกิดขึ้นของสายพานใหม่ อย่างแรก แถบกึ่งนิ่งนั้นถูกสังเกตพบบนยานอวกาศจำนวนหนึ่ง อย่างไรก็ตาม มีการศึกษาที่สถานี Mir เท่านั้นตลอดช่วงอายุของมัน ซึ่งก็คือประมาณสองปี
อย่างไรก็ตาม ในทศวรรษที่ 60 ของศตวรรษที่ผ่านมา อันเป็นผลมาจากข้อเท็จจริงที่ว่าอุปกรณ์นิวเคลียร์ระเบิดในอวกาศ แถบกึ่งนิ่งปรากฏขึ้น ซึ่งประกอบด้วยอิเล็กตรอนที่มีพลังงานต่ำ มันกินเวลาประมาณ 10 ปี เศษกัมมันตภาพรังสีแตกตัวซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดของอนุภาคที่มีประจุ
มีเกม RPG บนดวงจันทร์ไหม
ดาวเทียมของเราขาดแถบรังสีแวนอัลเลน นอกจากนี้ยังไม่มีบรรยากาศป้องกัน พื้นผิวของดวงจันทร์สัมผัสกับลมสุริยะ เปลวไฟจากแสงอาทิตย์ที่รุนแรง หากเกิดขึ้นระหว่างการสำรวจดวงจันทร์ จะเผาผลาญทั้งนักบินอวกาศและแคปซูล เนื่องจากจะมีการปล่อยรังสีขนาดใหญ่ออกมา ซึ่งเป็นอันตรายถึงชีวิต
ป้องกันตัวเองจากรังสีคอสมิกได้ไหม
คำถามนี้เป็นที่สนใจของนักวิทยาศาสตร์มาหลายปีแล้ว ในปริมาณที่น้อย การฉายรังสีอย่างที่คุณทราบนั้นแทบไม่มีผลกระทบต่อสุขภาพของเราเลย อย่างไรก็ตาม จะปลอดภัยก็ต่อเมื่อไม่เกินเกณฑ์ที่กำหนดเท่านั้น คุณรู้หรือไม่ว่าระดับของรังสีอยู่นอกแถบแวนอัลเลนบนพื้นผิวโลกของเรา? โดยปกติเนื้อหาของเรดอนและอนุภาคทอเรียมจะไม่เกิน 100 Bq ต่อ 1 ม.3 ภายใน RPZตัวเลขเหล่านี้สูงกว่ามาก
แน่นอน สายเข็มขัดของ Van Allen Land เป็นอันตรายต่อมนุษย์มาก นักวิจัยหลายคนศึกษาผลกระทบต่อร่างกาย นักวิทยาศาสตร์โซเวียตในปี 2506 บอกกับเบอร์นาร์ด โลเวลล์ นักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษผู้มีชื่อเสียงว่า พวกเขาไม่รู้วิธีการปกป้องบุคคลจากการสัมผัสกับรังสีในอวกาศ นี่หมายความว่าแม้แต่เปลือกหอยที่มีกำแพงหนาของเครื่องมือโซเวียตก็ไม่สามารถรับมือได้ โลหะที่บางที่สุดที่ใช้ในแคปซูลของอเมริกา เกือบจะเหมือนกระดาษฟอยล์ ปกป้องนักบินอวกาศได้อย่างไร
ตามที่ NASA ระบุ ยานอวกาศได้ส่งนักบินอวกาศไปยังดวงจันทร์เฉพาะเมื่อไม่คาดว่าจะเกิดแสงแฟลร์ ซึ่งองค์กรสามารถคาดการณ์ได้ นี่คือสิ่งที่ทำให้สามารถลดอันตรายจากรังสีให้เหลือน้อยที่สุด อย่างไรก็ตาม ผู้เชี่ยวชาญคนอื่นๆ โต้แย้งว่าเราสามารถคาดการณ์วันที่ปล่อยก๊าซเรือนกระจกในปริมาณมากโดยประมาณเท่านั้น
เข็มขัดแวนอัลเลนและเที่ยวบินสู่ดวงจันทร์
ลีโอนอฟ นักบินอวกาศชาวโซเวียต เดินทางสู่อวกาศในปี 1966 อย่างไรก็ตาม เขาสวมชุดตะกั่วที่มีน้ำหนักมาก และหลังจากผ่านไป 3 ปี นักบินอวกาศจากสหรัฐอเมริกาก็กระโดดขึ้นไปบนพื้นผิวดวงจันทร์ และเห็นได้ชัดว่าไม่ได้สวมชุดอวกาศหนัก บางทีในช่วงหลายปีที่ผ่านมาผู้เชี่ยวชาญของ NASA สามารถค้นพบวัสดุที่เบาเป็นพิเศษซึ่งช่วยปกป้องนักบินอวกาศจากรังสีได้อย่างน่าเชื่อถือ? เที่ยวบินไปยังดวงจันทร์ยังคงมีคำถามมากมาย ข้อโต้แย้งหลักของผู้ที่เชื่อว่าชาวอเมริกันไม่ได้ขึ้นฝั่งคือการมีอยู่ของเข็มขัดรังสี