Strahlungswerte im Van-Allen-Gürtel. Die Geschichte der Entdeckung der Strahlungsgürtel der Erde: Wer, wann und wie? Ergebnisse einer Untersuchung des Strahlungsgürtels der Erde

Der Strahlungsgürtel der Erde (ERB) oder Van-Allen-Gürtel ist eine ringförmige Region im nächstgelegenen Weltraum in der Nähe unseres Planeten, in der es riesige Elektronen- und Protonenströme gibt. Die Erde hält sie mit einem Dipolmagnetfeld fest.

Öffnung

RPZ wurde 1957–58 entdeckt. Wissenschaftler aus den Vereinigten Staaten und der UdSSR. Explorer 1 (Bild unten), der erste US-Weltraumsatellit, der 1958 gestartet wurde, lieferte sehr wichtige Daten. Dank eines von den Amerikanern an Bord durchgeführten Experiments über der Erdoberfläche (in einer Höhe von etwa 1000 km) wurde ein Strahlungsgürtel (innen) entdeckt. Später wurde eine zweite solche Zone in einer Höhe von etwa 20.000 km entdeckt. Es gibt keine klare Grenze zwischen dem inneren und dem äußeren Gürtel – der erste geht allmählich in den zweiten über. Diese beiden Zonen der Radioaktivität unterscheiden sich im Ladungsgrad der Partikel und in ihrer Zusammensetzung.

Diese Gebiete wurden als Van-Allen-Gürtel bekannt. James Van Allen ist ein Physiker, dessen Experiment dazu beigetragen hat, sie zu entdecken. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass diese Gürtel aus Sonnenwind und geladenen Teilchen der kosmischen Strahlung bestehen, die durch ihr Magnetfeld von der Erde angezogen werden. Jeder von ihnen bildet einen Torus um unseren Planeten (eine Figur in Form eines Donuts).

Seitdem wurden viele Experimente im Weltraum durchgeführt. Sie ermöglichten es, die Hauptmerkmale und Eigenschaften des ERP zu untersuchen. Nicht nur unser Planet hat Strahlungsgürtel. Sie kommen auch in anderen Himmelskörpern vor, die über eine Atmosphäre und ein Magnetfeld verfügen. Der Van-Allen-Strahlungsgürtel wurde von einer US-Raumsonde in der Nähe des Mars entdeckt. Außerdem fanden die Amerikaner es in der Nähe von Saturn und Jupiter.

Dipol-Magnetfeld

Unser Planet verfügt nicht nur über den Van-Allen-Gürtel, sondern auch über ein Dipol-Magnetfeld. Es handelt sich um eine Reihe ineinander verschachtelter magnetischer Schalen. Die Struktur dieses Feldes ähnelt einem Kohlkopf oder einer Zwiebel. Die magnetische Hülle kann man sich als geschlossene, aus magnetischen Kraftlinien gewobene Fläche vorstellen. Je näher die Schale am Zentrum des Dipols liegt, desto größer wird die magnetische Feldstärke. Darüber hinaus erhöht sich auch der Impuls, den ein geladenes Teilchen benötigt, um von außen einzudringen.

Die N-te Schale hat also Pn. Wenn der Anfangsimpuls des Teilchens Pn nicht überschreitet, wird es vom Magnetfeld reflektiert. Anschließend kehrt das Teilchen in den Weltraum zurück. Allerdings kommt es auch vor, dass es auf der N-ten Schale landet. In diesem Fall ist es ihr nicht mehr möglich, sie zu verlassen. Das eingefangene Teilchen bleibt gefangen, bis es sich auflöst oder bei der Kollision mit der Restatmosphäre Energie verliert.

Auf unserem Planeten befindet sich dieselbe Hülle in unterschiedlichen Entfernungen von der Erdoberfläche und auf unterschiedlichen Längengraden. Dies geschieht aufgrund der Nichtübereinstimmung der Achse des Magnetfelds mit der Rotationsachse des Planeten. Dieser Effekt ist bei der brasilianischen magnetischen Anomalie am deutlichsten. In dieser Region fallen die magnetischen Feldlinien ab und eingefangene Partikel, die sich entlang dieser bewegen, können unter 100 km Höhe landen und daher in der Erdatmosphäre sterben.

Zusammensetzung des RPZ

Innerhalb des Strahlungsgürtels ist die Verteilung von Protonen und Elektronen ungleich. Erstere befinden sich im inneren Teil, letztere im äußeren Teil. Daher glaubten Wissenschaftler in einem frühen Stadium der Forschung, dass es äußere (elektronische) und innere (Protonen-)Strahlungsgürtel der Erde gibt. Derzeit ist diese Meinung nicht mehr relevant.

Der bedeutendste Mechanismus zur Erzeugung von Teilchen, die den Van-Allen-Gürtel füllen, ist der Zerfall von Albedo-Neutronen. Es ist zu beachten, dass Neutronen entstehen, wenn die Atmosphäre mit dem Strom dieser Teilchen interagiert, die sich von unserem Planeten entfernen (Albedo-Neutronen) und ungehindert das Erdmagnetfeld passieren. Sie sind jedoch instabil und zerfallen leicht in Elektronen, Protonen und Elektron-Antineutrinos. Radioaktive Albedo-Kerne, die eine hohe Energie haben, zerfallen innerhalb der Einfangzone. Auf diese Weise wird der Van-Allen-Gürtel mit Positronen und Elektronen aufgefüllt.

ERP und magnetische Stürme

Wenn diese Teilchen stark werden, beschleunigen sie nicht nur, sie verlassen auch den radioaktiven Van-Allen-Gürtel und strömen aus ihm heraus. Tatsache ist, dass bei einer Änderung der Konfiguration des Magnetfeldes die Spiegelpunkte in die Atmosphäre eintauchen können. Dabei verändern die Teilchen unter Energieverlust (Ionisationsverluste, Streuung) ihren Steigungswinkel und sterben dann ab, wenn sie die oberen Schichten der Magnetosphäre erreichen.

RPZ und Nordlichter

Der Van-Allen-Strahlungsgürtel ist von einer Plasmaschicht umgeben, bei der es sich um einen eingeschlossenen Strom aus Protonen (Ionen) und Elektronen handelt. Einer der Gründe für ein Phänomen wie das Nordlicht (Polarlicht) ist, dass Partikel aus der Plasmaschicht und teilweise auch aus dem äußeren ERB austreten. Die Nordlichter sind die Strahlung atmosphärischer Atome, die durch Kollisionen mit vom Gürtel fallenden Partikeln angeregt werden.

RPZ-Studie

Fast alle bahnbrechenden Forschungsergebnisse zu Formationen wie Strahlungsgürteln wurden in den 1960er und 70er Jahren gewonnen. Jüngste Beobachtungen mit interplanetaren Raumfahrzeugen und modernster wissenschaftlicher Ausrüstung haben es Wissenschaftlern ermöglicht, sehr wichtige neue Informationen zu gewinnen. Die Van-Allen-Gürtel rund um die Erde werden auch in unserer Zeit weiterhin erforscht. Lassen Sie uns kurz über die wichtigsten Errungenschaften in diesem Bereich sprechen.

Von Saljut-6 empfangene Daten

Forscher des MEPhI untersuchten Anfang der 80er Jahre des letzten Jahrhunderts den Fluss von Elektronen mit hoher Energie in der unmittelbaren Umgebung unseres Planeten. Dazu nutzten sie Geräte, die sich an der Orbitalstation Saljut-6 befanden. Es ermöglichte Wissenschaftlern, Positronen- und Elektronenflüsse mit einer Energie von mehr als 40 MeV sehr effizient zu isolieren. Die Umlaufbahn der Station (Neigung 52°, Höhe etwa 350-400 km) verlief hauptsächlich unterhalb des Strahlungsgürtels unseres Planeten. Es berührte jedoch immer noch den inneren Teil davon in der Nähe der brasilianischen Magnetanomalie. Beim Durchqueren dieser Region wurden stationäre Strömungen bestehend aus hochenergetischen Elektronen festgestellt. Vor diesem Experiment wurden im ERP nur Elektronen erfasst, deren Energie 5 MeV nicht überschritt.

Daten von künstlichen Satelliten der Meteor-3-Serie

Forscher des MEPhI führten weitere Messungen an den künstlichen Satelliten unseres Planeten der Meteor-3-Serie durch, deren Kreisbahnhöhen 800 und 1200 km betrugen. Diesmal drang das Gerät sehr tief in den UVP ein. Er bestätigte die Ergebnisse, die zuvor an der Station Saljut-6 erzielt wurden. Dann erzielten die Forscher ein weiteres wichtiges Ergebnis mithilfe magnetischer Spektrometer, die an den Stationen Mir und Saljut-7 installiert waren. Es wurde nachgewiesen, dass der zuvor entdeckte stabile Gürtel ausschließlich aus Elektronen (ohne Positronen) besteht, deren Energie sehr hoch ist (bis zu 200 MeV).

Entdeckung des stationären Gürtels von CNO-Kernen

Eine Gruppe von Forschern des Instituts für wissenschaftliche Kernphysik der Moskauer Staatlichen Universität führte Ende der 80er und Anfang der 90er Jahre des letzten Jahrhunderts ein Experiment durch, das darauf abzielte, Kerne im nahegelegenen Weltraum zu untersuchen. Diese Messungen wurden mit Proportionalkammern und nuklearfotografischen Emulsionen durchgeführt. Sie wurden auf Satelliten der Cosmos-Serie durchgeführt. Wissenschaftler haben das Vorhandensein von Flüssen von N-, O- und Ne-Kernen in einer Region des Weltraums entdeckt, in der die Umlaufbahn eines künstlichen Satelliten (Neigung 52°, Höhe etwa 400–500 km) die brasilianische Anomalie kreuzte.

Wie die Analyse zeigte, waren diese Kerne, deren Energie mehrere zehn MeV/Nukleon erreichte, nicht galaktischen, albedo- oder solaren Ursprungs, da sie mit dieser Energie nicht tief in die Magnetosphäre unseres Planeten eindringen konnten. So entdeckten Wissenschaftler eine anomale Komponente der kosmischen Strahlung, die von einem Magnetfeld eingefangen wird.

In interstellarer Materie vorkommende niederenergetische Atome können die Heliosphäre durchdringen. Dann ionisiert sie die ultraviolette Strahlung der Sonne ein- oder zweimal. Die resultierenden geladenen Teilchen werden an Sonnenwindfronten beschleunigt und erreichen mehrere zehn MeV/Nukleon. Anschließend dringen sie in die Magnetosphäre ein, wo sie eingefangen und vollständig ionisiert werden.

Quasistationärer Gürtel aus Protonen und Elektronen

Am 22. März 1991 ereignete sich auf der Sonne ein starker Ausbruch, der mit dem Ausstoß einer riesigen Masse Sonnenmaterie einherging. Am 24. März erreichte es die Magnetosphäre und veränderte ihre äußere Region. Hochenergetische Sonnenwindpartikel dringen in die Magnetosphäre ein. Sie erreichten das Gebiet, in dem sich damals der amerikanische Satellit CRESS befand. Die darauf installierten Instrumente verzeichneten einen starken Anstieg der Protonen, deren Energie zwischen 20 und 110 MeV lag, sowie starker Elektronen (ca. 15 MeV). Dies deutete auf die Entstehung eines neuen Gürtels hin. Zunächst wurde der quasistationäre Gürtel auf einer Reihe von Raumfahrzeugen beobachtet. Allerdings wurde es während seiner gesamten Lebensdauer, die etwa zwei Jahre betrug, nur an der Mir-Station untersucht.

Übrigens entstand in den 60er Jahren des letzten Jahrhunderts durch die Explosion von Atombomben im Weltraum ein quasistationärer Gürtel, bestehend aus Elektronen mit niedriger Energie. Es existierte etwa 10 Jahre lang. Radioaktive Spaltfragmente zerfielen, was die Quelle geladener Teilchen war.

Gibt es eine RPZ auf dem Mond?

Der Satellit unseres Planeten verfügt nicht über den Van-Allen-Strahlungsgürtel. Darüber hinaus gibt es keine Schutzatmosphäre. Die Oberfläche des Mondes ist den Sonnenwinden ausgesetzt. Wenn es stark wäre und während der Mondexpedition auftreten würde, würde es sowohl die Astronauten als auch die Kapseln verbrennen, da ein kolossaler Strahlungsstrom freigesetzt würde, der tödlich ist.

Kann man sich vor kosmischer Strahlung schützen?

Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler seit vielen Jahren. Es ist bekannt, dass Strahlung in geringen Dosen praktisch keine Auswirkungen auf unsere Gesundheit hat. Allerdings ist es nur dann sicher, wenn es einen bestimmten Schwellenwert nicht überschreitet. Wissen Sie, wie viel Strahlung außerhalb des Van-Allen-Gürtels auf der Oberfläche unseres Planeten herrscht? Typischerweise überschreitet der Gehalt an Radon- und Thoriumpartikeln 100 Bq pro 1 m 3 nicht. Innerhalb der RPZ sind diese Zahlen viel höher.

Natürlich sind die Strahlungsgürtel der Van-Allen-Erde für den Menschen sehr gefährlich. Ihre Auswirkungen auf den Körper wurden von vielen Forschern untersucht. Sowjetische Wissenschaftler sagten 1963 dem berühmten britischen Astronomen Bernard Lovell, dass sie keine Möglichkeit wüssten, Menschen vor Strahlung im Weltraum zu schützen. Dies bedeutete, dass selbst die dickwandigen Granaten sowjetischer Geräte damit nicht zurechtkamen. Wie schützte das dünne, fast folienartige Metall, das in den amerikanischen Kapseln verwendet wurde, die Astronauten?

Nach Angaben der NASA schickte sie Astronauten nur dann zum Mond, wenn keine Ausbrüche zu erwarten waren, was die Organisation vorhersagen kann. Dadurch konnte die Strahlengefahr auf ein Minimum reduziert werden. Andere Experten argumentieren jedoch, dass sich der Zeitpunkt großer Emissionen nur annähernd vorhersagen lässt.

Van-Allen-Gürtel und Flug zum Mond

Leonow, ein sowjetischer Kosmonaut, flog 1966 tatsächlich ins Weltall. Allerdings trug er einen superschweren Bleianzug. Und nur drei Jahre später sprangen Astronauten aus den USA auf die Mondoberfläche, und das offensichtlich nicht in schweren Raumanzügen. Vielleicht ist es den NASA-Spezialisten im Laufe der Jahre gelungen, ein ultraleichtes Material zu entdecken, das Astronauten zuverlässig vor Strahlung schützt? wirft immer noch viele Fragen auf. Eines der Hauptargumente derjenigen, die glauben, dass die Amerikaner nicht dort gelandet sind, ist die Existenz von Strahlungsgürteln.

Strahlungsgürtel der Erde

Ein anderer Name (normalerweise in der westlichen Literatur) ist „Van-Allen-Strahlungsgürtel“.

Innerhalb der Magnetosphäre gibt es, wie in jedem Dipolfeld, Bereiche, die für Teilchen mit kinetischer Energie unzugänglich sind E, weniger als kritisch. Die gleichen Teilchen mit Energie E < E kr, die bereits dort sind, können diese Gebiete nicht verlassen. Diese verbotenen Bereiche der Magnetosphäre werden Einfangzonen genannt. In den Einfangzonen des Dipolfelds (Quasi-Dipolfelds) der Erde werden tatsächlich erhebliche Flüsse eingefangener Teilchen (hauptsächlich Protonen und Elektronen) zurückgehalten.

Der (innere) Strahlungsgürtel der Erde wurde von den sowjetischen Wissenschaftlern S.N. Vernov und A.E. Chudakov sowie dem amerikanischen Wissenschaftler James Van Allen vorhergesagt. Die Existenz des Strahlungsgürtels wurde durch Messungen am 1957 gestarteten Sputnik 2 und auch am 1958 gestarteten Explorer 1 nachgewiesen. In erster Näherung handelt es sich beim Strahlungsgürtel um einen Toroid, bei dem zwei Bereiche unterschieden werden:

• ein innerer Strahlungsgürtel in einer Höhe von ≈ 4000 km, der überwiegend aus Protonen mit Energien im zweistelligen MeV-Bereich besteht;
• äußerer Strahlungsgürtel in einer Höhe von ≈ 17.000 km, der überwiegend aus Elektronen mit Energien im Bereich von mehreren zehn keV besteht.

Die Höhe der unteren Grenze des Strahlungsgürtels variiert auf derselben geografischen Breite in der Länge aufgrund der Neigung der Achse des Erdmagnetfelds zur Rotationsachse der Erde und ändert sich auf derselben geografischen Länge in der Breite an die eigene Form des Strahlungsgürtels aufgrund der unterschiedlichen Höhe der Erdmagnetfeldlinien. Über dem Atlantik beispielsweise beginnt der Anstieg der Strahlungsintensität in einer Höhe von 500 km, über Indonesien in einer Höhe von 1300 km. Wenn dieselben Diagramme als Funktion der magnetischen Induktion aufgetragen werden, passen alle Messungen auf eine Kurve, was erneut die magnetische Natur des Partikeleinfangs bestätigt.

Zwischen dem inneren und dem äußeren Strahlungsgürtel besteht eine Lücke, die im Bereich von 2 bis 3 Erdradien liegt. Die Partikelflüsse im äußeren Gürtel sind größer als im inneren. Auch die Zusammensetzung der Teilchen ist unterschiedlich: Im inneren Gürtel befinden sich Protonen und Elektronen, im äußeren Gürtel befinden sich Elektronen. Der Einsatz ungeschirmter Detektoren hat die Informationen über Strahlungsgürtel erheblich erweitert. Es wurden Elektronen und Protonen mit Energien von mehreren zehn bzw. hunderten Kiloelektronenvolt entdeckt. Diese Partikel haben eine deutlich andere räumliche Verteilung (im Vergleich zu eindringenden).

Die maximale Intensität niederenergetischer Protonen liegt in einer Entfernung von etwa 3 Erdradien von ihrem Zentrum. Niederenergetische Elektronen füllen den gesamten Einfangbereich. Für sie gibt es keine Unterteilung in Innen- und Außengürtel. Es ist ungewöhnlich, Teilchen mit Energien von mehreren zehn keV als kosmische Strahlung zu klassifizieren, aber Strahlungsgürtel sind ein einzelnes Phänomen und sollten in Verbindung mit Teilchen aller Energien untersucht werden.

Der Protonenfluss im inneren Gürtel ist über die Zeit recht stabil. Frühe Experimente zeigten, dass hochenergetische Elektronen ( E> 1-5 MeV) sind im Außengürtel konzentriert. Elektronen mit Energien von weniger als 1 MeV füllen fast die gesamte Magnetosphäre. Der innere Gürtel ist sehr stabil, während der äußere starke Schwankungen erfährt.

Strahlungsgürtel von Planeten

Aufgrund des starken Magnetfeldes verfügen auch die Riesenplaneten (Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun) über starke Strahlungsgürtel, die an den äußeren Strahlungsgürtel erinnern

Kürzlich haben amerikanische Physiker das Rätsel um die Van-Allen-Gürtel gelöst – spezielle Zonen, in denen sich hochenergetische Elektronen und Protonen, die die Magnetosphäre durchdringen, ansammeln und zurückhalten. Es stellte sich heraus, dass sie unseren Planeten tatsächlich überhaupt nicht vor diesen sehr energiereichen Teilchen schützen, da sie es nach dem Auftreffen auf die Gürtel werden.

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Ich möchte Sie daran erinnern, dass Strahlungsgürtel in der Magnetosphäre unseres Planeten in den 50er Jahren des letzten Jahrhunderts entdeckt wurden. Der amerikanische Wissenschaftler James van Allen sowie der einheimische Physiker S.N. Vernov und A.E. Chudakov kam nach der Analyse der Daten der Satelliten Explorer-1 und Sputnik-3 zu dem Schluss, dass es in der Nähe der Erde Gürtel gibt – hauptsächlich Protonen und Elektronen. Und nicht einer, sondern zwei – der erste befindet sich im Durchschnitt in einer Höhe von 4000 km über der Erdoberfläche und besteht hauptsächlich aus Protonen mit Energien von mehreren zehn MeV.

Der zweite Gürtel liegt viel höher – irgendwo in einer Höhe von 17.000 km – und enthält hauptsächlich Elektronen mit Energien von mehreren zehn keV. Es ist auch bekannt, dass zwischen dem inneren und dem äußeren Strahlungsgürtel eine Lücke im Bereich von 2 bis 3 Erdradien besteht. Es ist zu beachten, dass die Partikelströme im äußeren Gürtel häufiger sind als im inneren. Gleichzeitig gibt es keine starre Grenze zwischen den Gürteln – über dem Atlantik kann der untere Gürtel beispielsweise bis zu einer Höhe von 500 km und über Indonesien bis zu 1300 km absinken.

In der englischsprachigen Literatur werden diese Gürtel traditionell Van-Allen-Gürtel genannt – zu Ehren eines der Entdecker. Allerdings konnte James van Allen, obwohl er Ströme hochenergetischer Teilchen in der Magnetosphäre nachweisen konnte, immer noch keine genaue Antwort auf die Frage geben, wie sie dort erscheinen. Später wurde die Hypothese aufgestellt, dass hochenergetische Elektronen aus den entferntesten Ecken der Magnetosphäre unseres Planeten in den äußeren Gürtel eindringen. In der Einfangzone (Bereiche, die für Teilchen mit einer kinetischen Energie unter der kritischen Grenze unzugänglich sind und aus denen die dort eingedrungenen Elektronen mit diesen Eigenschaften nicht mehr entweichen können) beschleunigen sich diese Teilchen und bilden die bekannten ringförmigen Strukturen des Gürtels selbst .

Allerdings haben sich in letzter Zeit Beweise angesammelt, die mit dieser Erklärung etwas unvereinbar sind. Insbesondere wenn alles genau so wäre, würden sich viele Parameter der Van-Allen-Gürtel, zum Beispiel die Partikeldichte, recht langsam, also im Laufe von Tagen und Wochen, ändern. Dies geschieht jedoch viel schneller – als die NASA beispielsweise 2012 ein Sondenpaar startete, das speziell für die Untersuchung der Gürtel entwickelt wurde, stellte sich heraus, dass sich im vergangenen Oktober die gleiche Elektronendichte im äußeren Gürtel in weniger als 12 Stunden um das Tausendfache erhöhte!

Nach der Analyse der erhaltenen Ergebnisse kam eine Gruppe von Physikern Jeffrey Reeves vom Los Alamos National Laboratory (USA) zu dem Schluss, dass alles etwas anders abläuft. Tatsächlich entziehen elektrische Felder innerhalb der Gürtel Atomen, die im Weltraum wandern, Elektronen und beschleunigen sie auf nahezu Lichtgeschwindigkeit. Das von ihnen gebaute Modell zeigte, dass solche Prozesse die Parameter der Bänder in einer Zeit von einigen Sekunden bis zu mehreren Stunden, also ziemlich schnell, ändern können.

Interessant ist, dass ähnliche Versionen bereits zuvor von Wissenschaftlern geäußert wurden – beispielsweise zeigten Satellitenbeobachtungen in den 90er Jahren genau die gleiche Änderungsrate der Elektronendichte im oberen Van-Allen-Gürtel. Dies wurde jedoch nur in kleinen Bereichen dieses Gürtels aufgezeichnet, was die Physiker daran zweifeln ließ, dass es sich bei diesem Prozess um ein allgemeines Muster handelt. Infolgedessen kamen sie zu dem Schluss, dass es sich bei den Satelliteninstrumenten um eine Art lokale Anomalie handelte, deren Ursachen nicht ermittelt werden konnten. Da nun jedoch fast im gesamten Gürtel ein starker Anstieg der Dichte zu verzeichnen war, wurde klar, dass die Hypothese des Elektroneneinfangs aus kosmischen Atomen absolut richtig ist.

Darüber hinaus haben die Forschungen von Dr. Reeves und seinen Kollegen gezeigt, dass Elektronen nicht aus dem Weltraum kommen, der bereits über hohe Energien verfügt, sondern diese bereits in den Van-Allen-Gürteln empfangen, die, wie sich herausstellt, als natürliche Teilchenbeschleuniger fungieren, ähnlich wie die gefundenen in vielen irdischen physikalischen Instituten. Daraus folgt auch, dass die Vorstellung, dass Strahlungsgürtel die Erde nur vor dem Fluss kosmischer Teilchen schützen, völlig falsch ist – schließlich werden in der Praxis die meisten Elektronen (und höchstwahrscheinlich auch Protonen) nach dem Einfangen hochenergetisch , Eintritt in die Van-Allen-Gürtel.

Studien haben gezeigt, dass Strahlungsgürtel im Weltraum 800 km über der Erdoberfläche beginnen und sich bis zu 24.000 km erstrecken. Da dort das Strahlungsniveau mehr oder weniger konstant ist, sollte die einfallende Strahlung ungefähr gleich der ausgehenden Strahlung sein. Andernfalls würde es sich entweder ansammeln, bis es die Erde „backt“, wie in einem Ofen, oder es würde austrocknen. Hierzu schrieb Van Allen:

„Strahlungsgürtel können mit einem undichten Gefäß verglichen werden, das ständig von der Sonne mit Nachschub versorgt wird und in die Atmosphäre entweicht. Ein großer Teil der Sonnenpartikel läuft über das Schiff hinaus und spritzt vor allem in den Polarzonen heraus, was zu Polarlichtern, magnetischen Stürmen und anderen ähnlichen Phänomenen führt.“

Die Strahlung des Van-Allen-Gürtels hängt vom Sonnenwind ab. Darüber hinaus scheinen sie diese Strahlung in sich selbst zu bündeln oder zu konzentrieren. Da sie aber nur das konzentrieren können, was direkt von der Sonne kommt, bleibt noch eine Frage offen: Wie viel Strahlung gibt es im Rest des Kosmos?

Der Mond hat keine Van-Allen-Gürtel. Sie hat auch keine Schutzatmosphäre. Es ist allen Sonnenwinden ausgesetzt. Wäre es während der Mondexpedition zu einer starken Sonneneruption gekommen, hätte ein gewaltiger Strahlungsstrom sowohl die Kapseln als auch die Astronauten auf dem Teil der Mondoberfläche verbrannt, auf dem sie ihren Tag verbrachten. Diese Strahlung ist nicht nur gefährlich – sie ist tödlich!

1963 teilten sowjetische Kosmologen dem berühmten britischen Astronomen Bernard Lovell mit, dass sie keine Möglichkeit wüssten, Astronauten vor den tödlichen Auswirkungen der kosmischen Strahlung zu schützen (15, S. 173). Dies führte dazu, dass selbst die viel dickeren Metallhüllen der russischen Geräte der Strahlung nicht standhalten konnten. Wie könnte das dünne, fast folienartige Metall, das in unseren Kapseln verwendet wird, unsere Astronauten schützen? Die NASA wusste, dass dies unmöglich war. Die Weltraumaffen starben weniger als zehn Tage nach ihrer Rückkehr, aber die NASA hat uns nie die wahre Todesursache mitgeteilt.

Die meisten Menschen, selbst diejenigen, die sich mit dem Weltraum auskennen, sind sich der Existenz tödlicher Strahlung, die seine Weiten durchdringt, nicht bewusst. Ich glaube, dass wir unsere Unwissenheit den Leuten verdanken, die Weltraumgeschichten erzählen.

In der Illustrated Encyclopedia of Space Technology kommt der Begriff „kosmische Strahlung“ kein einziges Mal vor. Darüber hinaus erwähnt keines der Bücher, die ich im Laufe der Jahre gelesen habe, außer Bill Mauldins Perspectives on Interstellar Travel, veröffentlicht 1992, und Astronautical Science and Technology, geschrieben von frühen NASA-Experten, diese ernsthaften Hindernisse für Raumflüge. Es sieht so aus, als würde ich die heikle Arbeitsweise meiner Regierung wieder kennenlernen ...

Die Russen wussten definitiv über Strahlung Bescheid, denn bereits im Frühjahr 1961 ließen sie Sensoren auf die andere Seite des Mondes schicken. Nach seiner Rückkehr nach London schickte Lovell die ihm vorliegenden Informationen an NASA-Administrator Hugh Dryden. Dryden ignorierte sie!

Collins erwähnte kosmische Strahlung in seinem Buch nur zweimal:

„Zumindest befand sich der Mond weit außerhalb des Van-Allen-Gürtels der Erde, was für diejenigen, die ihn besuchten, eine gute Strahlungsdosis und für diejenigen, die sich dort aufhielten, eine tödliche Dosis ankündigte“ (7, S. 62).

Daher erfordern die die Erde umgebenden Van-Allen-Strahlungsgürtel und die Möglichkeit von Sonneneruptionen Verständnis und Vorbereitung, um die Besatzung keinen erhöhten Strahlungsdosen auszusetzen (7, S. 101).

Was bedeutet also „verstehen und vorbereiten“? Bedeutet das, dass der Rest des Weltraums jenseits des Van-Allen-Gürtels frei von Strahlung ist? Oder hatte die NASA nach der endgültigen Entscheidung über die Expedition eine geheime Strategie zum Schutz vor Sonneneruptionen?

STRAHLUNGSGÜRTEL DER ERDE. WAS WISSEN WIR JETZT ÜBER SIE?

Nach drei Jahrzehnten der Erforschung von Strahlungsgürteln haben Wissenschaftler ein ziemlich vollständiges Verständnis ihrer Natur und Struktur. Strahlungsgürtel gelten heute als die Region des erdnahen Weltraums, in der das Erdmagnetfeld geladene Teilchen mit kinetischer Energie von mehreren zehn keV bis zu mehreren hundert MeV hält. Dazu gehören Protonen, Elektronen und Alphateilchen. Teilchen können die Strahlungsgürtel nicht verlassen, da das Magnetfeld hier die Form einer sogenannten Magnetfalle hat, deren Laboranalogon eine Spiegelfalle zur Erzeugung der Kernfusion sein kann. Manche Teilchen bleiben hier sehr lange, zum Beispiel Protonen – viele Jahrzehnte. Unter dem Einfluss der Lorentzkraft durchlaufen die Teilchen in den Strahlungsgürteln eine komplexe Bewegung: Sie oszillieren entlang einer spiralförmigen Flugbahn entlang einer Kraftlinie von der nördlichen zur südlichen Hemisphäre und zurück, bei gleichzeitiger langsamerer Bewegung um die Erde.

Strahlungsgürtel werden normalerweise in interne und externe unterteilt, obwohl diese Unterteilung sehr willkürlich ist. Innere Der Gürtel liegt auf äquatorialen Breiten und seine untere Grenze liegt auf unterschiedlichen Höhen über verschiedenen Regionen der Erde. Über Südamerika verläuft der Gürtel beispielsweise nur in einer Höhe von nur 200-300 km, während er über Australien in einer Höhe von 1600 km liegt. Die maximale Protonenkonzentration im inneren Gürtel (und er besteht hauptsächlich aus diesen Teilchen) wird in einer Höhe von etwa 3000 km beobachtet. Die Protonenenergien liegen hier zwischen 20 und 800 MeV. Die Anzahl der Protonen mit diesen Energien nimmt mit zunehmender Entfernung von der Erde und mit ihrer Verringerung deutlich ab. Aufgrund ihrer enormen Durchschlagskraft stellen Protonen eine erhebliche Gefahr für Raumfahrzeugbesatzungen dar, die große Höhen erreichen. Die Energie der Elektronen im inneren Gürtel beträgt in der Regel etwa 100 keV und ihre maximale Konzentration wird in Höhen von etwa 3400 km über der Erdoberfläche beobachtet.

Grenzen extern Man geht davon aus, dass sich der Strahlungsgürtel in einer Entfernung von 19.000 und 45.000 km befindet. von der Erde. Hier überwiegen Protonen mit Energien bis zu mehreren hundert keV und Elektronen mit Energien von 40 bis 100 keV.

Bestehende Theorien erklären das Auftreten von Partikeln in Strahlungsgürteln durch ihre Drift vom „Schwanz“ der Magnetosphäre zum äußeren Gürtel während magnetischer Stürme unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes und die langsame Diffusion von Partikeln in eine magnetische Falle mit kleinen Variationen in der Magnetfeld. Die Prozesse, die dazu führen, dass Partikel die Strahlungsgürtel verlassen, sind noch unklar. Bisher ist nur ein Grund für dieses Phänomen genau geklärt – eine Kollision mit atmosphärischen Partikeln. Es bleibt zu hoffen, dass weitere Forschungen diese Frage beantworten werden.