Пояса ван аллена луна

Пояс Ван Аллена: что это такое, где он находится? Характеристики феномена, можно ли его преодолеть?

Весь XX век человечество грезило мечтами о покорении Вселенной. Лучшие писатели всего мира сочиняли книги на эту тему. Но колонизация космоса все откладывается. Возможно, одна из причин лежит в феномене под названием пояс Ван Аллена. Что это, можно понять и без широких познаний в астрофизике.

Радиационный пояс Ван Аллена: правда и заблуждения

Так называют зону насыщенных энергией заряженных частиц, которая находится во внутренней области земной магнитосферы. Пояс образовался в результате удержания магнитным полем Земли части солнечного ветра (последний состоит преимущественно из электронов, протонов и альфа-частиц).

Впервые идея о наличии такого пояса вокруг нашей планеты была высказана еще до начала космической эры. К таким выводам приходили такие ученые конца XIX – начала XX веков, как Кристиан Биркеланд, Карл Стёрмер и Николай Хрестофилу. Экспериментальное подтверждение их искания получили в 1958 году благодаря опытам американского исследователя Джеймса Ван Аллена.

Состав и характеристики объекта

Радиационный пояс (РП) состоит из следующих подпоясов:

1. Внутренний;
2. Внешний;
3. Иногда на ограниченный промежуток времени образуется и третий слой РП. Такой феномен наблюдался, в частности, в 2013 году. Он просуществовал около месяца и был уничтожен межпланетной ударной волной от Солнца.

Раскроем характеристики внутреннего радиационного пояса:

• Располагается на высоте от 1 тыс. км до 24 тыс. км от поверхности планеты;
• Во время высокой солнечной активности и в некоторых географических областях (например, Бразильская магнитная аномалия) нижняя граница может спуститься до 200 км от Земли;
• Состоит из электронов и протонов, энергия которых превышает 100 электронвольт. Считается, что протоны здесь образуются благодаря бета-распаду из нейтронов в результате воздействия космических лучей;
• Протоны более низких энергий образуются во время геомагнитных бурь.

Наглядно изображение внутреннего РП было получено в 2014 году. Рисунок напоминал «зебру» из-за эффектов, вызванных природой магнитного поля Земли.

Преодоление пояса Ван Аллена

Считается, что околоземная радиационная зона представляет собой значительное препятствие для возможных космических путешествий. И в значительной мере это правда:

1. Радиация может повредить солнечные батареи, интегральные схемы и датчики. Миниатюризация и оцифровка электроники сделали космические аппараты более уязвимыми для излучения, поскольку суммарный электрический заряд в этих цепях достаточно небольшой;
2. Чтобы избежать негативных эффектов, применяются радиационно-стойкие технологии. Например, спутники в околоземной орбите имеют защитный слой из 3 мм алюминия;
3. Очевидно, что прохождение через РП наносит человеческому организму определенный урон. В живых космонавтам удается оставаться лишь благодаря тому, что находятся они в этой области крайне непродолжительный период времени;
4. Полученная астронавтами суммарная радиация варьируется от миссии к миссии. В среднем она составляет 1,6 – 11,4 миллигрей. Это гораздо меньше тех доз, которые получают работающие на земле работники атомных электростанций;
5. Чтобы получить смертельную дозу, человеку необходимо «висеть» в околоземной орбите более месяца.

Для минимизации излучения от РП российский физик Валентин Данилов предложил запустить в небо спутники и растянуть между ними тросы длиной по 100 км. Идея оказалась достаточно привлекательной и получила дальнейшее теоретическое развитие в США под названием HiVOLT.

Свойства внешней радиационной оболочки

С физической точки зрения внешний пояс гораздо более интересен своего внутреннего собрата, поскольку в большей степени подвергается влиянию солнечной активности:

• Располагается на высоте от 13 000 до 60 000 километров и обладает почти тороидальной формой (другими словами, в виде бублика);
• Состоит преимущественно из электронов, значение энергий которых колеблется в пределах от 0,1 до 10 мегаэлектронвольт;
• В 2014 году было обнаружено, что внутренняя граница внешнего РП является достаточно резкой. Ниже ее электроны проникнуть не могут. В чем причина образования такого щита, до конца не понятно;
• По размеру он гораздо больше, чем внутренний РП. Количество частиц в нем колеблется в зависимости от геомагнитных бурь и плазменных возмущений, производимых Солнцем;

Пояс Ван Аллена и полет на Луну

Выше мы уже рассматривали все риски, которые сопровождают космонавта при прохождении через внутреннюю часть магнитосферы. Известны они не только из теоретических выкладок.

Полет американцев на Луну стал первым экспериментом, который проверил на прочность человеческий организм в космических условиях:

• Известно, что магнитные бури значительно увеличивают активность протонов высоких энергий. Такие аномалии предваряли многие лунные миссии, в частности, «Аполлон-8» и «Аполлон-17»;
• Если бы полеты походили без защиты (как самих летательных устройств, так и скафандров), все закончилось бы плачевно. Так, после магнитного шторма, прошедшего на 31 октября 1968 года, доза излучения увеличилась в несколько раз;
• Однако полеты не только не заканчивались летальным исходом, но и привели к весьма интересным результатам. Вес астронавта Шепарда (из «Аполлон-14») увеличился, участники миссии не принимали никаких медикаментов, последствий для организма ни одного из них не было;
• Такой эффект был достигнут благодаря высококачественной защите и кратковременному пребыванию в РП. Хотя многие скептики полагают, что отсутствие вреда для здоровья говорит об отсутствии факта полета на Луну.

Планета Земля окружена плотным слоем электронов и протонов, которые попадают в область магнитного поля преимущественно от Солнца. Этот слой известен под названием пояс Ван Аллена. Что это такое, было известно еще в начале XX века. Но на доказательство его существования ушло немало десятков лет.

Видео о радиационном поясе Земли

В данном ролике академик, астрофизик Борис Боярышников расскажет несколько необычных фактов про радиационный пояс Земли Ван Алена:

Источник

Что такое пояс Ван Аллена?

Астрофизик из США Джеймс Альфред Ван Аллен (английский вариант – Van Allen) предположил, что отсутствие показаний связано с повышенным уровнем излучения. Дальнейшие исследования американских и русских ученых подтвердили высказанную гипотезу. Выяснилось, что планету окружают радиоактивные пояса, в которых концентрируются и удерживаются электроны и протоны солнечного ветра, заряженные энергией до 3 МэВ.

Открытие имело большое значение для дальнейшего освоения космоса. Области магнитосферы, удерживающие элементарные частицы, получили название «радиационных поясов Ван Аллена». Открытое явление характерно не только для Земли, но и для других планет, обладающих мощным магнитным полем (Юпитер, Нептун и др.).

Строение радиационного пояса

Высота нижней части внутреннего радиационного пояса Земли изменяется по долготе на одной и той же широте. Разность расстояний обусловлена наклоном магнитосферы относительно оси вращения планеты. Изменение высоты радиационного пояса Ван Аллена по долготе на разных широтах связано с различными размерами силовых контуров магнитного поля Земли. Внутренняя область магнитосферы отличается стабильностью, а внешняя подвергается сильным колебаниям.

Ученые продолжают исследовать радиоактивные поля Земли. Физики и астрономы проводят эксперименты, в ходе которых исследуется поведение элементарных частиц в электрических и магнитных полях, плазме и межпланетной среде. Полученные данные позволяют прогнозировать космическую погоду и определять минимальные широты, до которых приближаются к планете различные плазменные структуры, расположенные в магнитосфере.

Влияние радиационных полей на летательные аппараты и здоровье космонавтов

Указанные электронные компоненты обладают устойчивостью к ионизирующему излучению, присутствующему в поясе радиации вокруг Земли. Для защиты корпусов космических аппаратов от ионизирующего облучения применяются специальные покрытия, сделанные из сплавов железа, алюминия и бериллия. Также используются материалы с высоким содержанием водорода (например, полиэтилен).

Ионизирующее излучение оказывает вредное влияние на космонавтов. Радиация в поясе Ван Аллена разрушает ткани, нарушает метаболизм, снижает иммунитет и повышает риск развития злокачественных новообразований. Траектории управляемых космических аппаратов выстраиваются таким образом, чтобы минимизировать нахождение астронавтов в радиационных поясах. Такой подход использовался американскими учеными при планировании полета на Луну. Участники программы «Апполон», побывавшие в заряженной магнитосфере, получили годовую поглощенную дозу 2-11,4 мЗв (безопасный уровень радиации составляет 50 мЗв).

Пояса Ван Аллена и антиматерия: мифы и реальность

Масса антипротонов удерживается магнитосферой нашей планеты на расстоянии нескольких сотен километров от поверхности земли. На малых высотах происходит нейтрализация антиэлементов, которые взаимодействуют с обычными частицами. Пояса Ван Аллена являются мощным источником антиматерии, которая считается одной из главных загадок Вселенной. Эксперты Института NASA считают, что в будущем антипротоны станут новым видом топлива для космических кораблей.

Источник

Почему космическая радиация не убила астронавтов при полете на Луну

50 лет назад один человек совершил маленький шажок, который оказался большим шагом для всего человечества. Мы говорим, как вы поняли, о знаменитой высадке американских астронавтов на Луну. И в последнее время споры вокруг той миссии (как и самой программы «Аполлон») разгорелись с новой силой. Причем речь идет не о том, что «высадки не было и все было снято в павильоне». Новые аргументы говорят нам, что во время миссии на Луну астронавты должны были получить огромную дозу космической радиации, которую невозможно пережить. Но так ли это?

Что такое космическая радиация

Никто не собирается оспаривать факт того, что космическая радиация действительно существует и то, что воздействие ее на живые организмы очень сложно назвать положительным. Сам термин «космическая радиация» довольно обширен и используется для описания энергии, которая излучается в виде электромагнитных волн и/или других частиц, испускаемых небесными телами. При этом не все они являются опасными для человека. Например, люди могут воспринимать некоторые формы электромагнитного излучения: видимый свет можно (простите за тавтологию) увидеть, а инфракрасное излучение (тепло) можно почувствовать.

Между тем, другие разновидности излучения, такие как радиоволны, рентгеновские и гамма-лучи требуют специального оборудования для наблюдения. Самым опасным является ионизирующее излучение и именно его воздействие в большинстве случаев и называют той самой космической радиацией.

Откуда берется космическая радиация

В космосе существует несколько источников ионизирующего излучения. Солнце непрерывно испускает электромагнитное излучение на всех длинах волн. Иногда огромные взрывы на солнечной поверхности, известные как вспышки на Солнце, высвобождают в космос огромное количество рентгеновских и гамма-лучей. Эти явления как раз и могут представлять опасность для астронавтов и оборудования космических аппаратов. Также опасная радиация может исходить из-за пределов нашей Солнечной системы, но на Земле мы защищены от большей части этого ионизирующего излучения. Сильное магнитное поле Земли формирует магнитосферу (грубо говоря, защитный пузырь), который действует как своего рода «щит», блокирующий большую часть опасного излучения.

При этом космическая радиация «не улетает» обратно в космос. Она накапливается вокруг нашей планеты, формируя, так называемые, Пояса Ван Аллена (или радиационные пояса).

Как NASA решило проблему организации полета на Луну

Короткий ответ — никак. Дело в том, что для того, чтобы добраться до Луны, космический аппарат должен двигаться максимально быстро и по кратчайшему расстоянию. Для «облета и маневрирования» не хватило бы ни времени, ни запаса горючего. Таким образом, участники программы должны были пересечь как внешний, так и внутренний радиационный пояса.

NASA знало о проблеме и поэтому им нужно было что-то делать с обшивкой корабля для астронавтов. Обшивка должна была быть тонкой и легкой для обеспечения защиты. Нельзя было слишком «утяжелять» ее. Поэтому минимальная защита от облучения при помощи металлических пластин была добавлена в конструкцию. Более того, теоретические модели радиационных поясов, разработанные в преддверии полетов «Аполлона», показали, что прохождение через них не будет представлять существенной угрозы для здоровья космонавтов.

Но это еще не все. Чтобы добраться до Луны и благополучно вернуться домой, астронавты «Аполлона» должны были не только пересечь пояса Ван Аллена, но и огромное расстояние между Землей и Луной. По времени полет занимал около трех дней в каждую сторону. Участники миссии также должны были безопасно работать на орбите вокруг Луны и на лунной поверхности. Во время миссий «Аполлон» космический аппарат большую часть времени находился за пределами защитной магнитосферы Земли. Таким образом, экипажи «Аполлонов» были уязвимы для солнечных вспышек и для потока радиационных лучей из-за пределов нашей Солнечной системы.

Почему астронавты остались живы?

Можно сказать, что NASA повезло, ведь время миссии совпало с, так называемым, «солнечным циклом». Это период роста и спада активности, который происходит примерно каждые 11 лет. На момент запуска аппаратов как раз пришелся период спада. Однако если бы космическое агентство затянуло программу, то все могло бы закончится иначе. Например, в августе 1972 года, между возвращением на Землю «Аполлона-16» и запуском «Аполлона-17» начался период роста солнечной активности. И если бы в это время астронавты находились бы на пути к Луне, они получили бы огромную дозу космического излучения. Но этого, к счастью, не произошло.

Обсудить эту и другие новости вы можете в нашем чате в Телеграм.

Источник