Semnificația cuvântului "centurile de radiații ale Pământului"
centuri de radiații, regiunile interioare ale magnetosferei pământului, în care câmpul magnetic al Pământului reține particulele încărcate (protoni, electroni, particule alfa) având o energie cinetică de la zeci la sute de keV-MeV (în diferite zone ale P. p. Z. energia particulelor este diferită, vezi Pământ, secțiunea Structura Pământului). Yield particule încărcate de configurație specială P. p. Z. previne liniile de câmp geomagnetice, generând particule încărcate pentru o capcană magnetică. Particulele capcană pământ magnetice capturate sub influența forțelor Lorentz face mișcare complexă, care poate fi reprezentat ca o mișcare oscilatorie de-a lungul unui traseu elicoidal de-a lungul liniei de câmp magnetic din emisfera nordică din sud și din spate, în timp ce mai lent (driftul longitudine) în jurul pământului (Fig. 1 ). Atunci când o particulă se mișcă într-o spirală în direcția creșterii câmpului magnetic (mai aproape de Pământ), raza spiralei și terenul său sunt reduse. Vectorul vitezei particulei, rămânând nemodificat în magnitudine, se apropie de planul perpendicular pe direcția câmpului. În cele din urmă, la un moment dat (se numește oglindă), particula "reflectă". Începe să se miște în direcția opusă - la punctul de oglindă conjugat din cealaltă emisferă. Una oscilație a lungul liniei de forță din emisfera nordică a protonului sudic cu energie de 100 MeV efectuează în timpul 0,3 secunde. Timpul de staționare ( „viață“) a unui astfel de capcană de protoni geomagnetice poate fi de până la 100 de ani (3 x 10 septembrie secunde), timp în care se poate face până la 10 octombrie oscilații. În medie, particulele cu energie înaltă captate reprezintă până la câteva sute de milioane de vibrații de la o emisferă la alta. Reluarea longitudinii are loc într-un ritm mult mai lent. În funcție de energia particulelor, realizați o revoluție completă în jurul Pământului pentru o perioadă de timp de la câteva minute până la o zi. Ionii pozitivi se învârt spre vest, electronii din est. Mișcarea unei particule de-a lungul unei spirale în jurul liniei de forță a câmpului magnetic poate fi reprezentată ca fiind constituită din rotație în jurul așa-numitei. centrul de rotație instantanee și mișcarea de translație a acestui centru de-a lungul liniei de forță.
Structura curelelor de radiații. Atunci când o particulă încărcată într-un câmp magnetic al Pământului centrul său de rotație instantanee se află pe aceeași suprafață, numita manta magnetică (Fig. 2). cochilie magnetic caracterizat prin parametrul L. valoarea numerică în cazul în care câmpul dipol (vezi. dipolar) egală cu distanța, exprimată în raza Pământului, care se extinde într-un înveliș magnetic (dipol în planul ecuatorial) dipolului centru. Pentru un câmp magnetic real al pământului (vezi magnetismul Pământului), parametrul L aproximează același înțeles simplu. Energia particulelor este legată de valoarea parametrului L; La cochilii cu valori mai mici de L există particule cu energii ridicate. Acest lucru se datorează faptului că particulele de mare energie pot fi păstrate numai un câmp magnetic puternic, t. E. Zonele interioare magnetosferă. De obicei, izolat interior și exterior R. f. 3. protonilor de energie joasă centura (zona curentă inel) și o zonă de particule quasicapture (Fig. 3) sau radiația aurorala (pentru lat. Și aurorală titlu). centura de radiație internă se caracterizează prin protoni de mare energie (2-80 MeV), cu o densitate maximă a fluxului de protoni de energie Ep> 20 MeV până la 10 4 protoni / (cm 2 x sec x Sr) la o distanță L 1,5. În centura interioară există, de asemenea, electroni cu energii de la 20-40 keV la 1 MeV; densitatea fluxului de electroni cu Ee ≥ 40 keV este de maximum 10 6 -10 7 electron / (cm 2 × sec x sr).
Cureaua interioară este situată în jurul Pământului la latitudini ecuatoriale (Figura 4).
În exterior, această bandă este limitată de o carcasă magnetică cu L 2, care intersectează cu suprafața Pământului la latitudini geomagnetice de 45 °. Cel mai apropiat de suprafața Pământului (până la 200-300 km), centura interioară se potrivește aproape de anomalia magnetică braziliană, unde câmpul magnetic este puternic slăbit; deasupra ecuatorului geografic, limita inferioară a centurii interioare este la 600 km de pământ deasupra Americii și la 1600 km deasupra Australiei. La limita inferioară a centurii interioare, particulele care se confruntă cu ciocniri frecvente cu atomi și molecule de gaze atmosferice își pierd energia, se disipă și sunt "absorbite" de atmosferă.
RV exterioară este cuprinsă între carcasele magnetice c L 3 și L 6 cu o densitate maximă a fluxului de particule de L 4,5. Cureaua exterioară este caracterizată de electroni cu energii de 40-100 keV, a căror flux la maxim ajunge la 10 6 -10 7 electroni / (cm 2 × sec x sr). Timpul mediu de "viață" a particulelor RRW exterioară este de 10 5 -10 7 sec. În perioadele de activitate solară ridicată, în centura exterioară sunt prezente și electroni cu energii mari (până la 1 Mev și mai mult).
Banda de protoni cu energie redusă (Ep 0,03-10 MeV) se extinde de la L 1,5 la L 7-8. zona quasicapture, sau radiații aurorala se află în spatele centurii exterioare, are o structură tridimensională complicată din cauza deformarea magnetosferei vântului solar (un flux de particule incarcate de la soare). Principalul constituent al particulelor zonei cvasi-capturare sunt electronii și protonii cu energii E <100 кэв. Внешний пояс и пояс протонов малых энергий ближе всего (до высоты 200—300 км ) подходит к Земле на широтах 50—60°. На широты выше 60° проецируется зона квазизахвата, совпадающая с областью максимальной частоты появления полярных сияний . В некоторые периоды отмечается существование узких поясов электронов высоких энергий (Ee 5 Мэв ) на магнитных оболочках с L 2,5—3,0.
Spectrele de energie pentru toate particulele de pământuri rare sunt descrise prin funcțiile formulei: N (E) E g. unde N (E) este numărul de particule cu o energie dată E sau N (E) cu valori caracteristice g 1,8 pentru protoni în domeniul energiei de la 40 la 800 MeV, E0 200-500 keV pentru electronii din centurile exterioare și interioare și E0 100 keV pentru protonii cu energie redusă.
Istoria descoperirii curelelor de radiații. Punct de vedere istoric, primul deschis centura interioară (grup condus de oameni de știință americani J .. Van Allen 1958) și centura exterioară (Sov. Oamenii de știință intitulat Vernov și AE Chudakov, 1958). Dispozitive de fluxuri de particule n Z. R. au fost înregistrate. (Geiger - contori Mueller) montate în sateliți artificiali. În esență, RVP nu are limite clar definite, deoarece fiecare tip de particule, în conformitate cu formele lor de energie centura „lui“ radiații, prin urmare, corect să vorbim de o singură centură de radiații a Pământului. Separarea R. f. C la exterior și interior realizat la prima etapă a cercetării și a supraviețuit în acest timp din cauza unor diferențe în proprietățile lor sunt substanțial convenționale.
Posibilitatea teoretică a existenței capcanei magnetic în câmpul magnetic al Pământului a fost demonstrată prin calcule Stormera K. (1913) și H. Alphen (1950), dar numai pe sateliți experimente au arătat că într-adevăr există și capcana este umplut cu particule de mare energie.
Reaprovizionarea curelelor de radiații ale Pământului prin particule și mecanismul de pierdere a particulelor. Originea particulelor capturate cu o energie semnificativ mai mare decât energia medie de mișcare termică a atomilor și moleculelor din atmosferă este asociată cu acțiunea mai multor mecanisme fizice: decăderea neutronilor. create de razele cosmice în atmosfera Pământului (protonii formați în acest proces suplimentează RV intern). "Pomparea" particulelor în centuri în timpul perturbațiilor geomagnetice (furtuni magnetice), care determină în primul rând existența electronilor în centura interioară; accelerarea și transferul lent al particulelor de origine solară de la exteriorul la zonele interioare ale magnetosferei (așa se completează electronii din centura exterioară și centura de protoni cu energie redusă). Penetrarea particulelor vântului solar în R. f. C poate magnetosfere prin puncte singulare (m. N. Daytime cuspidele polare, vezi fig. 5) și, de asemenea, prin t. N. Un strat neutru în coada magnetosferei (din partea de noapte). În regiunea cuspsurilor în timpul zilei și în stratul neutru al coada, câmpul geomagnetic este puternic slăbit și nu reprezintă un obstacol semnificativ pentru particulele încărcate de plasmă interplanetară. În parte, RV-urile sunt, de asemenea, completate prin captarea de protoni și electroni ai razelor cosmice solare care pătrund în regiunile interioare ale magnetosferei. Sursele de particule enumerate, aparent, sunt suficiente pentru crearea unei valuri rarefiate cu o distribuție caracteristică a fluxurilor de particule. Există un echilibru dinamic între procesele de reaprovizionare a centurilor și procesele de pierdere a particulelor în Orientul Îndepărtat al Rusiei. Particulele Practic părăsi R. f. C din cauza pierderii de energie prin ionizare (limita acest motiv, de exemplu, șederea protonilor centurii interioare într-un timp capcană magnetic t 10 sec luna septembrie), din cauza particulelor de dispersie în ciocniri reciproce și împrăștiere neomogenitățile magnetice și undele de plasmă de diferite origini (vezi Plasma). Împrăștierea poate scurta durata de viață a electronilor din banda exterioară la 10 4 -10 5 secunde. Aceste efecte conduc la o încălcare a condițiilor de mișcare staționare a particulelor într-un câmp geomagnetic (ex. N. adiabatice invarianta) și „grăbite“ particule de P. p. C în atmosferă de-a lungul liniilor de câmp magnetic.
Legarea proceselor în centurile de radiații ale Pământului cu alte procese din spațiul apropiat de Pământ. Radiații experiență centura diferite variații temporale: cele mai apropiate de Pământ și o centură interioară mai stabilă -, centura exterioară minoră - cea mai frecventă și severă. Există variații mici în timpul ciclului de 11 ani al activității solare. Cureaua exterioară își modifică semnificativ granițele și structura chiar și cu perturbații nesemnificative ale magnetosferei. Banda de protoni cu energie redusă ocupă o poziție intermediară în acest sens. Modificări deosebit de puternice ale pământurilor rare sunt supuse furtunilor magnetice. În primul rând, în centura exterioară crește dramatic fluxul de densitate de energie scăzută a particulelor și în același timp, a pierdut o fracțiune notabilă de particule de mare energie. Apoi vine captarea și accelerarea noi particule, care a dus la curelele de transmisie apar fluxuri de particule la distanțe, de obicei, mai aproape de Pământ decât în condiții de calm. După faza de comprimare, are loc o întoarcere lentă, treptată a RP la starea inițială. În timpul perioadelor de furtuni magnetice solare mari apar foarte des, astfel încât efectele furtunilor individuale sunt suprapuse unul pe celălalt, și o centură exterioară maximă în timpul acestor perioade este situat mai aproape de Pământ (L 3,5), decât în timpul perioadelor de activitate solară scăzută (L 4, 5-5,0).
RV-urile reprezintă un pericol grav în timpul zborurilor pe termen lung în spațiul apropiat de Pământ. Conductele cu protoni de joasă energie pot dezactiva celulele solare și pot cauza turbiditatea straturilor optice subțiri. O ședere prelungită în zona interioară poate duce la deteriorarea radiațiilor organismelor vii din interiorul navei spațiale, sub influența protonilor de energie înaltă.
În plus față de Pământ, există centuri de radiații în Jupiter și, eventual, în Saturn și Mercur. Curea de radiație Jupiter investigate nave spațiale americane „Pioneer 10„au o lungime considerabil mai mare și mai multă energie și densitatea particulelor de fluxuri de particule decât f. radiația R. C detectate metode radioastronomical Saturn centurii. Sistemele navale sovietice și americane au arătat că Venus, Marte și Luna nu au centuri de radiații. Câmpul magnetic al lui Mercur a fost descoperit de către stația spațială americană Mariner 10 în timpul unui zbor în apropierea planetei. Acest lucru face posibila existenta centurii de radiatii a Mercurului.
REFERINȚE Vernov SN Vakulov PV Logachev Yu I. Curele de radiație ale Pământului, în colecția: succesele sovietice în studiul spațiului cosmic, M. 1968, p. 106; Fizica fizică, per. cu engleza. M. 1966; Tverskoy BA Dinamica benzilor de radiații ale Pământului, M. 1968; Rederer H. Dinamica radiațiilor capturate de câmpul geomagnetic, trans. cu engleza. M. 1972; Hess V. Centura de radiatii si magnetosfera, trans. cu engleza. M. 1972; Shabansky VP Phenomena în spațiul perimetral, M. 1972; Galperin Yu I. Gorn LS, Khazanov BI Măsurarea radiației în spațiu, M. 1972.
Fig. 5. Secțiunea de magnetosferă a Pământului de către meridianul de la miezul zilei, în cazul în care axa dipolului magnetic al pământului este perpendiculară pe direcția spre Soare. Săgețile indică zonele prin care particulele vântului solar pătrund în magnetosferă.
Fig. 3. Structura curelelor de radiații ale Pământului (secțiunea transversală corespunde meridianului de la mijlocul zilei): I - centura interioară: II - centura de protoni de joasă energie; III - curea exterioară; IV - zona de cvasi-captură.
Fig. 1. Mișcarea particulelor încărcate prinse într-o capcană geomagnetică. Particulele se deplasează într-o spirală de-a lungul liniei de forță a câmpului magnetic al Pământului și se deplasează simultan de-a lungul longitudinii.
Fig. 2. suprafața descrisă de particula (electron) a centurii de radiație; principala caracteristică a suprafeței este parametrul L; N și S sunt polii magnetici ai Pământului.
Fig. 4. Distribuția densității de flux a protonilor de diferite energii peste ecuatorul geomagnetic. Curbele corespund fluxurilor de protoni cu o energie mai mare decât cea indicată: 1 - E p> 1 MeV; 2 - E p> 1,6 MeV; 3 - E p> 5 MeV; 4 - E p> 9 MeV; 5 - E p> 30 MeV.
Marea enciclopedie sovietică M. "Enciclopedia sovietică", 1969-1978
Citiți și în TSB:
Efectele de radiație într-un corp solid Efectele radiației într-un fenomen solid, diverse, într-un solid cauzat de acțiunea radiațiilor ionizante (fluxuri de particule nucleare, radiații X și radiații g). Interacțiuni.
Radiația echilibrată Echilibrul radiațiilor atmosferice și a suprafeței subiacente, suma sosirii și a consumului de energie radiantă absorbită și emisă de atmosferă și de suprafața subacvatică. Pentru atmosfera R. b. a.
Radiația de captare Captură de radiație a neutronilor, reacția nucleară (n, g), în care nucleul țintă captează neutronul, iar energia de excitație a nucleului este radiată ca un g-quantum. Probabilitatea lui P. s. h.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: