Радіаційні пояси Землі
внутрішні області земної магнітосфери, в яких магнітне поле Землі утримує заряджені частинки (Протон и, Електрон и, Альфа-частинки), що володіють кінетичної енергією від десятків кев до сотень МеВ (в різних областях Р. п. З. енергія частинок різна, см. ст. Земля. розділ Будова Землі). Виходу заряджених частинок з Р. п. З. заважає особлива конфігурація силових ліній геомагнітного поля, що створює для заряджених частинок магнітну пастку (Див. Магнітні пастки). Захоплені в магнітну пастку Землі частки під дією Лоренца сили (Див. Лоренца сила) здійснюють складний рух, яке можна уявити як коливальний рух по спіральній траєкторії вздовж силової лінії магнітного поля з Північної півкулі в Південне і назад з одночасним більш повільним переміщенням (довготних дрейфом) навколо Землі (рис. 1). Коли частинка рухається по спіралі в бік збільшення магнітного поля (наближаючись до Землі), радіус спіралі і її крок зменшуються. Вектор швидкості частинки, залишаючись незмінним за величиною, наближається до площини, перпендикулярної напрямку поля. Нарешті, в деякій точці (її називають дзеркальною) відбувається «відображення» частинки. Вона починає рухатися в зворотному напрямку - до сполученої дзеркальної точці в ін. Півкулі. Одне коливання уздовж силової лінії з Північної півкулі в Південне протон з енергією Радіаційні пояси Землі 100 МеВ здійснює за час Радіаційні пояси Землі 0,3 сек. Час перебування ( «життя») такого протона в геомагнітної пастці може досягати 100 років (Радіаційні пояси Землі 3.10 9 сек), за цей час він може зробити до 10 10 коливань. В середньому захоплені частинки великої енергії здійснюють до декількох сотень мільйонів коливань з однієї півкулі в іншу. Довготних дрейф відбувається зі значно меншою швидкістю. Залежно від енергії частинки здійснюють повний оборот навколо Землі за час від декількох хвилин до доби. Позитивні іони дрейфують в західному напрямку, електрони - в східному. Рух частинки по спіралі навколо силової лінії магнітного поля можна представити як що складається з обертання близько т. Н. миттєвого центру обертання і поступального переміщення цього центру уздовж силової лінії.
Структура радіаційних поясів. При русі зарядженої частинки в магнітному полі Землі її миттєвий центр обертання знаходиться на одній і тій же поверхні, що отримала назву магнітної оболонки (рис. 2). Магнітну оболонку характеризують параметром L. його чисельне значення в разі дипольного поля (див. Диполь) дорівнює відстані, вираженого в радіусах Землі, на яке відходить магнітна оболонка (в екваторіальній площині диполя) від центру диполя. Для реального магнітного поля Землі (див. Земний магнетизм) параметр L наближено зберігає такий же простий сенс. Енергія частинок пов'язана зі значенням параметра L; на оболонках з меншими значеннями L знаходяться частинки, що володіють великими енергіями. Це пояснюється тим, що частинки високих енергій можуть бути утримані лише сильним магнітним полем, т. Е. У внутрішніх областях магнітосфери. Зазвичай виділяють внутрішній і зовнішній Р. п. 3. пояс протонів малих енергій (пояс кільцевого струму) і зону квазізахвата частинок (рис. 3), або авроральной радіації (по лат. Назвою полярних сяйв). Внутрішній радіаційний пояс характеризується наявністю протонів високих енергій (від 20 до 800 МеВ) з максимумом щільності потоку протонів з енергією Ep> 20 МеВ до 10 4 протон / (см 2 .сек .стер) на відстані L Радіаційні пояси Землі 1,5. У внутрішньому поясі присутні також електрони з енергіями від 20-40 кев до 1 МеВ; щільність потоку електронів з Ee ≥ 40 кев становить в максимумі Радіаційні пояси Землі 10 6 -10 7 електрон / (см 2 .сек.стер).
Внутрішній пояс розташований навколо Землі в екваторіальних широтах (рис. 4).
Із зовнішнього боку цей пояс обмежений магнітної оболонкою з L Радіаційні пояси Землі 2, яка перетинається з поверхнею Землі на геомагнітних широтах Радіаційні пояси Землі 45 °. Найближче до поверхні Землі (на висоти до 200-300 км) внутрішній пояс підходить поблизу Бразильської магнітної аномалії, де магнітне поле сильно ослаблене; над географічним екватором нижня межа внутрішнього поясу відстоїть від Землі на 600 км над Америкою і до 1600 км над Австралією. На нижній межі внутрішнього поясу частки, відчуваючи часті зіткнення з атомами і молекулами атмосферних газів, втрачають свою енергію, розсіюються і «поглинаються» атмосферою.
Зовнішній Р. п. З. укладений між магнітними оболонками c L Радіаційні пояси Землі 3 і L Радіаційні пояси Землі 6 з максимальною щільністю потоку частинок на L Радіаційні пояси Землі 4,5. Для зовнішнього пояса характерні електрони з енергіями 40-100 кев, потік яких в максимумі досягає 10 6 -10 7 електрон / (см 2 .сек.стер). Середній час «життя» частинок зовнішнього Р. п. З. становить 10 5 -10 7 сек. У періоди підвищеної сонячної активності в зовнішньому поясі присутні також електрони високих енергій (до 1 МеВ і вище).
Пояс протонів малих енергій (Ep Радіаційні пояси Землі 0,03-10 МеВ) простягається від L Радіаційні пояси Землі 1,5 до L Радіаційні пояси Землі 7-8. Зона квазізахвата, або авроральной радіації, розташована за зовнішнім поясом, вона має складну просторову структуру, обумовлену деформацією магнітосфери сонячним вітром (Див. Сонячний вітер) (потоком заряджених частинок від Сонця). Основною складовою частинок зони квазізахвата є електрони і протони з енергіями E γ. де N (E) - число часток з цією енергією E. або N (E) Радіаційні пояси Землі з характерними значеннями γ ≈ 1,8 для протонів в інтервалі енергій від 40 до 800 МеВ, E0 Радіаційні пояси Землі 200-500 кев для електронів зовнішніх і внутрішніх поясів і E0 Радіаційні пояси Землі 100 кев для протонів малих енергій.
Історія відкриття радіаційних поясів. Історично першими були відкриті внутрішній пояс (групою американських вчених під керівництвом Дж. Ван Аллена, 1958) і зовнішній пояс (сов. Вченими на чолі з С. Н. Вернова і А. Е. Чудакова, 1958). Потоки частинок Р. п. З. були зареєстровані приладами (Гейгера - Мюллера лічильник ами), встановленими на штучних супутниках Землі. По суті, Р. п. З. не мають чітко виражених кордонів, тому що кожен тип частинок у відповідності зі своєю енергією утворює «свій» радіаційний пояс, тому правильніше говорити про одне єдиному радіаційному поясі Землі. Поділ Р. п. З. на зовнішній і внутрішній, прийняте на першій стадії досліджень і збереглося до теперішнього часу через низку відмінностей в їх властивостях, по суті, умовно.
Принципова можливість існування магнітної пастки в магнітному полі Землі була показана розрахунками К. Стёрмер а (1913) і Х. Альфвен а (1950), але лише експерименти на супутниках показали, що пастка реально існує і заповнена частками високих енергій.
Поповнення радіаційних поясів Землі частками і механізм втрати частинок. Походження захоплених частинок з енергією, значно перевищує середню енергію теплового руху атомів і молекул атмосфери, пов'язують з дією декількох фізичних механізмів: розпадом Нейтрон ів, створених космічними променями (Див. Космічні промені) в атмосфері Землі (що утворюються при цьому протони поповнюють внутрішні Р. п . З.); «Накачуванням» частинок в пояса під час геомагнітних збурень (магнітних бур (Див. Магнітні бурі)), яка в першу чергу обумовлює існування електронів внутрішнього поясу; прискоренням і повільним переносом часток сонячного походження із зовнішнього у внутрішні області магнітосфери (так поповнюються електрони зовнішнього пояса і пояс протонів малих енергій). Проникнення частинок сонячного вітру в Р. п. З. можливо через особливі точки магнітосфери (т. Н. Денні полярні Каспію, см.рис. 5), а також через т. Н. нейтральний шар в хвості магнітосфери (з її нічний боку). В області денних Каспію і в нейтральному шарі хвоста геомагнітне поле різко ослаблене і не є суттєвою перешкодою для заряджених частинок міжпланетної плазми. Частково Р. п. З. поповнюються також за рахунок захоплення протонів і електронів сонячних космічних променів, що проникають у внутрішні області магнітосфери. Перерахованих джерел частинок, мабуть, досить для створення Р. п. З. з характерним розподілом потоків частинок. У Р. п. З. існує динамічна рівновага між процесами поповнення поясів і процесами втрат частинок. В основному частинки залишають Р. п. З. через втрату своєї енергії на іонізацію (Див. Іонізація) (ця причина обмежує, наприклад, перебування протонів внутрішнього поясу в магнітній пастці часом τ Радіаційні пояси Землі 10 9 сек), через розсіювання частинок при взаємних зіткненнях і розсіювання на магнітних неоднородностях і плазмових хвилях різного походження (див. Плазма). Розсіювання може скоротити час «життя» електронів зовнішнього пояса до 10 4 -10 5 сек. Ці ефекти призводять до порушення умов стаціонарного руху частинок в геомагнитном поле (т. Н. Адиабатических інваріантів) і до «висипання» частинок з Р. п. З. в атмосферу уздовж силових ліній магнітного поля.
Зв'язок процесів в радіаційних поясах Землі з іншими процесами в навколоземному просторі. Радіаційні пояса відчувають різні часові варіації: розташований ближче до Землі і більш стабільний внутрішній пояс - незначні, зовнішній пояс - найбільш часті і сильні. Для внутрішнього Р. п. З. характерні невеликі варіації протягом 11-річного циклу сонячної активності. Зовнішній пояс помітно змінює свої кордони і структуру навіть при незначних збурень магнітосфери. Пояс протонів малих енергій займає в цьому сенсі проміжне положення. Особливо сильні варіації Р. п. З. зазнають під час магнітних бур (Див. Магнітні бурі). Спочатку в зовнішньому поясі різко зростає щільність потоку частинок малих енергій і в той же час втрачається помітна частка частинок високих енергій. Потім відбувається захоплення і прискорення нових частинок, в результаті яких в поясах з'являються потоки частинок на відстанях зазвичай ближчих до Землі, ніж в спокійних умовах. Після фази стиснення відбувається повільне, поступове повернення Р. п. З. до вихідного стану. У періоди високої сонячної активності магнітні бурі відбуваються дуже часто, так що ефекти від окремих бур накладаються один на одного, і максимум зовнішнього пояса в ці періоди розташовується ближче до Землі (L Радіаційні пояси Землі 3,5), ніж в періоди мінімуму сонячної активності ( L Радіаційні пояси Землі 4,5-5,0).
Р. п. З. є серйозну небезпеку при тривалих польотах в навколоземному просторі. Потоки протонів малих енергій можуть вивести з ладу сонячні батареї (Див. Сонячна батарея) і викликати помутніння тонких оптичних покриттів. Тривале перебування у внутрішньому поясі може привести до променевого ураження (Див. Променеве ураження) живих організмів всередині космічного корабля під впливом протонів високих енергій.
Крім Землі, радіаційні пояси існують у Юпітера і, можливо, у Сатурна і Меркурія. Радіаційні пояси Юпітера, досліджені американським космічним апаратом «Піонер-10», мають значно більшу довжину і великі енергії частинок і щільності потоків частинок, ніж Р. п. З. радіаційні пояси Сатурна виявлені радіоастрономічними методами. Радянські і американські космічні апарати показали, що Венера, Марс і Місяць радіаційних поясів не мають. Магнітне поле Меркурія виявлено американської космічною станцією "Марінер-10» при прольоті поблизу планети. Це робить можливим існування в Меркурія радіаційного поясу.
Літ .: Вернов С. Н. Вакула П. В. Логачев Ю. І. Радіаційні пояси Землі, в збірці: Успіхи СРСР в дослідженні космічного простору, М. 1968, с. 106; Космічна фізика, пров. з англ. М. 1966; Товариський Б. А. Динаміка радіаційних поясів Землі, М. 1968; Редерер Х. Динаміка радіації, захопленої геомагнітних полем, пров. з англ. М. 1972; Хесс В. Радіаційний пояс і магнітосфера, пров. з англ. М. 1972; Шабанскій В. П. Явища в навколоземному просторі, М. 1972; Гальперін Ю. І. Горн Л. С. Хазанов Б. І. Вимірювання радіації в космосі, М. +1972.
Мал. 1. Рух заряджених частинок, захоплених в геомагнітну пастку. Частинки рухаються по спіралі уздовж силової лінії магнітного поля Землі і одночасно дрейфують по довготі.
Мал. 2. Поверхня, що описується часткою (електроном) радіаційного поясу; основною характеристикою поверхні є параметр L; N і S - магнітні полюси Землі.
Мал. 3. Структура радіаційних поясів Землі (перетин відповідає полуденного меридіану): I - внутрішній пояс: II - пояс протонів малих енергій; III - зовнішній пояс; IV - зона квазізахвата.
Мал. 4. Розподіл щільності потоків протонів різних енергій над геомагнітних екватором. Криві відповідають потокам протонів з енергією вище зазначеної: 1 - ЕP> 1МеВ; 2 - ЕP> 1,6 МеВ; 3 - ЕP> 5 МеВ; 4 - ЕP> 9 МеВ; 5 - ЕP> 30 МеВ.
Мал. 5. Розріз магнітосфери Землі по полуденного меридіану для випадку, коли вісь земного магнітного диполя перпендикулярна напрямку на Сонце. Стрілками вказані області, через які частинки сонячного вітру проникають в магнітосферу.
Велика Радянська Енциклопедія. - М. Радянська енциклопедія. 1969-1978.
Дивитися що таке "Радіаційні пояси Землі" в інших словниках:
РАДІАЦІЙНІ ПОЯСА ЗЕМЛІ - внутрішні області земної магнітосфери, в до яких магн. поле Землі утримує заряджу, ч ци (протони, ел ни, альфа частки і ядра більш важких хім. елементів), що володіють кинетич. енергією від десятків кеВ до сотень МеВ. Виходу заряджу. ч ц з Р. п. 3. ... ... Фізична енциклопедія
радіаційні пояси землі - області навколоземного простору, що характеризуються підвищеною щільністю потоків заряджених частинок, зумовленої утриманням їх магнітним полем Землі; тривале перебування в Р. п. 3. при польотах в навколоземному просторі може викликати ... ... Великий медичний словник
РАДІАЦІЙНІ ПОЯСА - планет, внутрішні області планетних магнітосфер, в яких власне магнітне поле планети утримує заряджені частинки (протони, електрони), що володіють велику кінетичну енергію. Радіаційні пояси Землі відкриті в 1958 році групами ... ... Сучасна енциклопедія
Радіаційні пояса - планет, внутрішні області планетних магнітосфер, в яких власне магнітне поле планети утримує заряджені частинки (протони, електрони), що володіють велику кінетичну енергію. Радіаційні пояси Землі відкриті в 1958 році групами ... ... Ілюстрований енциклопедичний словник
РАДІАЦІЙНІ ПОЯСА - планет внутрішні області планетних магнітосфер, в яких власне магнітне поле планети утримує заряджені частинки (протони, електрони), що володіють велику кінетичну енергію. У радіаційних поясах частинки під дією магнітного ... ... Великий Енциклопедичний словник
РАДІАЦІЙНІ ПОЯСА - області навколопланетного простору, в яких магнітне поле планети утримує заряджені частинки (протони (див.), (Див.), Альфа частки (див.)) З високою кінетичної енергією. Існують у планет Земля, Юпітер, Сатурн, Меркурій. У Землі зазвичай ... ... Велика політехнічна енциклопедія
РАДІАЦІЙНІ ПОЯСА ВАН АЛЛЕНА - РАДІАЦІЙНІ ПОЯСА ВАН АЛЛЕНА, дві тороїдальні області радіації, утримувані МАГНІТНИМ ПОЛЕМ Землі в верхніх шарах атмосфери. Названо по імені Джеймса ВАН АЛЕНА, який відкрив їх в 1958 р Пояси складаються із заряджених часток, що несуть енергію від ... ... Науково-технічний енциклопедичний словник
радіаційні пояси - планет, внутрішні області планетних магнітосфер, в яких власне магнітне поле планети утримує заряджені частинки (протони, електрони), що володіють велику кінетичну енергію. У радіаційному поясі частки під дією магнітного ... ... Енциклопедичний словник
- Земний магнетизм. У навчально-популярній формі розповідається про земне магнетизм. Розглядаються як геомагнітне поле на земній поверхні (елементи земного магнетизму, магнітниекарти, дрейф і інверсія ... Детальніше Купити за 926 руб
- Земний магнетизм. Тарасов Л.В. У навчально-популярній формі розповідається про земне магнетизм. Розглядаються як геомагнітне поле на земній поверхні (елементи земного магнетизму, магнітниекарти, дрейф і інверсія ... Детальніше Купити за 906 руб
- Земний магнетизм. Л. В. Тарасов. У навчально-популярній формі розповідається про земне магнетизм. Розглядаються як геомагнітне поле на земній поверхні (елементи земного магнетизму, магнітниекарти, дрейф і інверсія ... Детальніше Купити за 713 грн (тільки Україна)