Trupe Van Allen

Centurile Van Allen

Centura Van Allen este un tor de particule încărcate ( plasmă ) din magnetosfera Pământului reținut de câmpul magnetic al Pământului datorită efectului forței Lorentz . Aceste particule încărcate „care se ciocnesc” între ele pierd energie cinetică sub formă de radiație care atinge 30 keV.

Descriere

Prezența centurii Van Allen fusese deja teoretizată înainte de epoca spațială , de exemplu de Enrico Medi , și a obținut confirmarea experimentală numai cu lansarea misiunilor Explorer 1 (31 ianuarie 1958) și Explorer 3 sub supravegherea lui James Van Allen . Primele studii sistematice ale centurii de radiații au fost efectuate grație sondelor Explorer 4 și Pioneer 3 ^[1] .

Din punct de vedere calitativ, centura Van Allen constă de fapt din două curele care ne înconjoară planeta, una internă și una externă. Cel interior este foarte stabil și este alcătuit din plasmă de electroni și ioni pozitivi cu energie ridicată, în timp ce cel exterior este alcătuit doar din electroni cu energie ridicată și se caracterizează printr-un comportament mult mai dinamic, în special ca răspuns la furtunile solare. .

Confirmând dinamismul centurii exterioare în 2012, sondele duble ale sondelor de furtună ale centurii de radiații NASA (RBPS) au detectat o a treia curea exterioară tranzitorie într-o fază de compresie către interiorul primelor două ^[2] ^[3] .

Deși termenul centurilor Van Allen se referă în mod explicit la centurile care înconjoară Pământul , structuri similare au fost observate în jurul altor planete ca urmare a câmpurilor magnetice planetare respective. Dimpotrivă, Soarele , deși are propriul său câmp magnetic, nu are benzi de radiație de lungă durată.

Atmosfera terestră limitează întinderea centurilor de mai jos la o altitudine de 200-1000 km; limita lor superioară nu atinge mai mult de 40.000 km, ceea ce corespunde la aproximativ 7 raze terestre , departe de suprafața pământului . Centurile sunt situate într-o zonă care se extinde la aproximativ 65 de grade nord și sud de ecuatorul ceresc . Când particulele încărcate de origine solară ( vântul solar) lovesc atmosfera superioară la latitudini mari de-a lungul liniilor de forță ale câmpului magnetic al Pământului, acestea interacționează cu ionosfera subiacentă , rezultând o fluorescență cunoscută sub numele de aurora polară .

Trupa interioară

Centura interioară Van Allen, descoperită de sateliții Explorer I și Explorer III, se întinde de obicei între 1000 km și 12000 km deasupra suprafeței pământului ^[4] . În situații particulare de activitate solară intensă sau în anumite zone, cum ar fi „ Anomalia Atlanticului de Sud (SAA South Atlantic Anomaly), granița internă poate fi, de asemenea, găsită la numai aproximativ 200 km de suprafața Pământului.

Centura interioară conține concentrații destul de mari de electroni, cu energii de ordinul a sute de keV și protoni energetici care depășesc 100 MeV, prinși de câmpul magnetic local, care este relativ ridicat în comparație cu centura exterioară.

Se consideră că protonii din centura interioară la altitudini mai mici, cu energie peste 50 MeV, sunt rezultatul degradării beta- neutronilor datorită coliziunilor cu razele cosmice cu nucleele din atmosfera superioară . Protonii cu energie mai mică, pe de altă parte, provin din difuzia protonilor în urma modificărilor câmpului magnetic în timpul furtunilor geomagnetice .

Bandă externă

Reprezentarea centurii van Allen și a liniilor de forță care o traversează

Centura exterioară Van Allen se extinde la o altitudine de aproximativ 13.000-65.000 km și este deosebit de intensă între 14.500 km și 19.000 km. Se crede că constă din plasmă prinsă de magnetosfera Pământului . Satelitul sovietic Luna 1 a înregistrat prezența foarte puține particule foarte încărcate în această centură. Aici electronii prezintă un flux deosebit de intens și cei cu o energie cinetică E > 40 keV se pot dispersa în spațiul interplanetar. Această pierdere continuă de particule încărcate este un efect al vântului solar .

Centura exterioară conține mai multe tipuri de particule, inclusiv electroni și numeroși ioni. Majoritatea ionilor apar sub formă de protoni energetici și există, de asemenea, un anumit procent de particule alfa și ioni de oxigen O ⁺ similari cu cei prezenți în atmosferă , dar mult mai energici. Prezența diferitelor categorii de particule sugerează că banda este generată de concomitența diferitelor fenomene.

Comparativ cu banda interioară, cea exterioară este mai extinsă, este înconjurată de o regiune de intensitate scăzută cunoscută sub numele de curent inelar , conține o varietate mai mare de particule și se caracterizează printr-un nivel de energie mai mic (mai mic de 1 M eV ), care crește semnificativ numai atunci când o furtună magnetică face ca particule noi să se ridice din magnetosferă.

Meritul descoperirii centurii exterioare este disputat între Statele Unite (cu Explorer 4 ) și Uniunea Sovietică (cu Sputnik II / III ).

Originea trupei

Ilustrație explicativă a fluxului electronic în polaritatea pământului, imaginea arată în mod intenționat un Pământ mai aplatizat pentru a face conceptul mai ușor de înțeles

Se crede de obicei că centurile Van Allen sunt rezultatul coliziunii vântului solar cu câmpul magnetic al Pământului . De fapt, particulele încărcate ale vântului solar care intră în câmpul magnetic al Pământului sunt deviate de efectul forței Lorentz . Particulele electrocărcate sunt apoi respinse din regiunile în care câmpul magnetic este cel mai intens, adică cele polare și continuă să oscileze în direcția nord-sud în zonele tropicale și ecuatoriale, spiralând în jurul liniilor de forță ale câmpului magnetic.

Separarea dintre benzile interioare și exterioare este cauzată de prezența undelor radio de joasă frecvență care resping orice particule care pot fi găsite în această regiune. Furtunile magnetice deosebit de intense pot împinge particulele încărcate în această zonă, dar în câteva zile echilibrul este restabilit. S-a crezut inițial că aceste unde radio au fost generate de turbulențe prezente în aceleași benzi, dar un studiu recent realizat de James L. Green , Goddard Space Flight Center al NASA , a arătat o legătură cu măsurătorile de intensitate și distribuția fulgerelor. din satelitul Micro Lab 1 .

În trecut, Uniunea Sovietică a acuzat Statele Unite de originea centurii interne van Allen în urma testelor nucleare efectuate în Nevada ; în același mod, URSS însăși a fost acuzată de americani că ar fi generat centura exterioară. Nu este clar cum efectele experimentelor nucleare ar fi putut depăși atmosfera și ar fi atins altitudinea care caracterizează centurile de radiații; cu siguranță nu s-a observat nicio scădere apreciabilă a intensității lor, deoarece testele nucleare din atmosferă au fost interzise prin tratat.

Influențe asupra zborului spațial

Panourile fotovoltaice , circuitele integrate și senzorii pot fi deteriorate de niveluri intense de radiații . În 1962, o explozie nucleară la mare altitudine, așa-numitul test Starfish Prime , a provocat o creștere temporară a energiei în regiune, provocând disfuncționalitatea a numeroși sateliți . Din acest motiv, poziționarea orbitei unui satelit artificial încearcă pe cât posibil să evite prezența centurilor Van Allen. De asemenea, se poate întâmpla ca componentele electronice ale sondelor să fie deteriorate de furtuni magnetice puternice . Miniaturizarea și digitalizarea circuitelor logice și electronice au făcut sateliții mai vulnerabili la influența radiațiilor, deoarece sarcina ionilor care afectează poate fi chiar mai mare decât cea conținută în circuit. Sistemele electronice din sateliți devin acum mai rezistente la radiații pentru a dura mai mult. De exemplu, senzorii telescopului spațial Hubble sunt adesea opriți când dispozitivul trece prin regiuni de radiații intense, cum ar fi Anomalia Atlanticului de Sud .