Радиационный пояс не защищает Землю

Недавно американские физики раскрыли загадку поясов Ван Аллена — особых зон, в которых накапливаются и удерживаются проникшие в магнитосферу высокоэнергичные электроны и протоны. Выяснилось, что на самом деле они вовсе не защищают нашу планету от этих самых высокоэнергетических частиц, поскольку они становятся такими уже после попадания в пояса.

Фото:

Напомню, что радиационные пояса в магнитосфере нашей планеты были открыты в 50-х годах прошлого столетия. Американский ученый Джеймс ван Аллен, а также отечественные физики С.Н. Вернов и А.Е. Чудаков, проанализировав данные со спутников Эксплорер-1 и Спутник-3 пришли к выводу, что возле Земли существуют пояса, — в основном это протоны и электроны. Причем не один, а два — первый находится в среднем на высоте 4000 км над земной поверхностью и состоит преимущественно из протонов с энергией в десятки МэВ.

Читайте также: Ионосфера Луны состоит из пыли

Второй же пояс расположен намного выше — где-то на высоте 17 000 км, и в нем присутствуют в основном электроны с энергией в десятки кэВ. Также известно, что между внутренним и внешним радиационными поясами имеется щель, расположенная в интервале от 2 до 3 радиусов Земли. Следует заметить, что потоки частиц во внешнем поясе более обильные, чем во внутреннем. В то же время никакой жесткой границы между поясами не существует — так, над Атлантикой нижний пояс может спускаться до высоты в 500 км, а над Индонезией — до 1300 км.

В англоязычной литературе эти пояса традиционно называются поясами Ван Аллена — в честь одного из первооткрывателей. Тем не менее, Джеймс ван Аллен, хоть и сумел обнаружить потоки высокоэнергетичных частиц в магнитосфере, однако все-таки не мог дать точный ответ на вопрос, каким образом они там появляются. Позже была сформулирована гипотеза о том, что во внешний пояс попадают высокоэнергетичные электроны из дальних уголков магнитосферы нашей планеты. Оказавшись в зоне захвата (области, недоступные для частиц с кинетической энергией, меньше критической, из которой попавшие туда электроны с данными характеристиками уже не могут выбраться) эти частицы ускоряются и образуют широко известные кольцеподобные структуры самого пояса.

Однако в последнее время накопились данные, которые несколько не соответствуют этому объяснению. В частности, если бы все было именно так, тогда бы многие параметры поясов Ван Аллена, например, плотность частиц, изменялись бы достаточно медленно, то есть на протяжении дней и недель. Однако это происходит куда быстрее — так, когда в 2012 году НАСА запустило пару зондов, специально предназначенных для изучения поясов, то выяснилось, что в прошлом октябре та самая плотность электронов во внешнем из них выросла в тысячу раз менее чем за 12 часов!

Проанализировав полученные результаты, группа физиков Джеффри Ривзом из Лос-Аламосской национальной лаборатории (США) пришла к выводу, что все происходит несколько по другому. На самом деле электрические поля внутри поясов отрывают электроны от блуждающих в космическом пространстве атомов и ускоряют их до околосветовых скоростей. Построенная ими модель показала, что подобные процессы могут изменить параметры поясов за время от пары секунд до нескольких часов, то есть достаточно быстро.

Интересно, что схожие версии уже высказывались учеными и раньше — так, спутниковые наблюдения 90-х показывали именно такую скорость изменения плотности электронов в верхнем из поясов Ван Аллена. Однако подобное фиксировалось лишь на небольших участках этого пояса, что заставило физиков усомниться в том, что данный процесс является общей закономерностью. В итоге решили, что приборы спутников имели дело с какой-то местной аномалией, причины которой так и не удалось установить. Однако теперь, поскольку резкое увеличение плотности было зафиксировано практически по всему поясу, стало понятно, что гипотеза захвата электронов у космических атомов абсолютно верна.

Более того, исследования доктора Ривза и его коллег показали, что электроны не приходят из космоса, уже обладая высокими энергиями, а получают их уже в поясах Ван Аллена, которые, как выяснилось, выполняют роль естественных ускорителей частиц, аналогичных тем, что стоят во многих земных физических институтах. Из этого же следует, что представление о том, будто бы радиационные пояса только защищают землю от потока космических частиц, совершенно неверно — ведь на практике большая часть электронов (и, скорее всего, протонов) становятся высокоэнергетическими уже после их захвата, то есть попадания в пояса Ван Аллена.

По мнению ученых, в радиационных поясах других небесных тел процессы захвата происходят, скорее всего, схожим образом. Дело в том, что Земля не является единственным космическим объектом, обладающим поясами Ван Аллена — в 1973 году такой же радиационный пояс был открыт у Юпитера отечественным аппаратом "Пионер-10". Чуть позже пояса Ван Аллена были обнаружены и у Сатурна. Сейчас ученые предполагают наличие данного феномена у некоторых экзопланет, а также и звезд с сильным магнитным полем и высоким уровнем рентгеновского излучения…

Все самое интересное читайте в рубрике "Наука и техника"

Последние новости сегодня 29.07.2013