Радіаційний пояс не захищає Землю

Нещодавно американські фізики розкрили загадку поясів Ван Аллена - особливих зон, в яких накопичуються і утримуються проникли в магнітосферу високоенергійні електрони і протони. З'ясувалося, що насправді вони зовсім не захищають нашу планету від цих самих високоенергетичних частинок, оскільки вони стають такими вже після потрапляння в пояса.

Бозон Хіггса: вчені знайшли «частку Бога»

Нагадаю, що радіаційні пояси в магнітосфері нашої планети були відкриті в 50-х роках минулого століття. Американський вчений Джеймс ван Аллен, а також вітчизняні фізики С.Н. Вернов і А.Є. Чудаков, проаналізувавши дані з супутників Експлорер-1 і Супутник-3 прийшли до висновку, що біля Землі існують пояса, - в основному це протони й електрони. Причому не один, а два - перший знаходиться в середньому на висоті 4000 км над земною поверхнею і складається переважно з протонів з енергією в десятки МеВ.

Читайте також: Іоносфера Місяця складається з пилу

Другий же пояс розташований набагато вище - десь на висоті 17 000 км, і в ньому присутні в основному електрони з енергією в десятки кеВ. Також відомо, що між внутрішнім і зовнішнім радіаційними поясами є щілина, розташована в інтервалі від 2 до 3 радіусів Землі. Слід зауважити, що потоки частинок у зовнішньому поясі більш рясні, ніж у внутрішньому. У той же час ніякої жорсткої межі між поясами не існує - так, над Атлантикою нижній пояс може спускатися до висоти в 500 км, а над Індонезією - до 1300 км.

В англомовній літературі ці пояси традиційно називаються поясами Ван Аллена - в честь одного з першовідкривачів. Проте, Джеймс ван Аллен, хоч і зумів виявити потоки високоенергетичних часток в магнітосфері, проте все-таки не міг дати точну відповідь на питання, яким чином вони там з'являються. Пізніше була сформульована гіпотеза про те, що в зовнішній пояс потрапляють високоенергетичних електрони з далеких куточків магнітосфери нашої планети. Опинившись в зоні захоплення (області, недоступні для частинок з кінетичною енергією, менше критичної, з якої потрапили туди електрони з даними характеристиками вже не можуть вибратися) ці частки прискорюються і утворюють широко відомі кольцеподобние структури самого пояса.

Однак останнім часом накопичилися дані, які дещо не відповідають цьому поясненню. Зокрема, якби все було саме так, тоді б багато параметрів поясів Ван Аллена, наприклад, щільність частинок, змінювалися б досить повільно, тобто протягом днів і тижнів. Однак це відбувається куди швидше - так, коли в 2012 році НАСА запустило пару зондів, спеціально призначених для вивчення поясів, то з'ясувалося, що в минулому жовтні та сама щільність електронів в зовнішньому з них виросла в тисячу разів менше ніж за 12 годин!

Проаналізувавши отримані результати, група фізиків Джеффрі Рівзом з Лос-Аламоської національної лабораторії (США) прийшла до висновку, що все відбувається дещо інакше. Насправді електричні поля всередині поясів відривають електрони від блукаючих в космічному просторі атомів і прискорюють їх до близькосвітлових швидкостей. Побудована ними модель показала, що подібні процеси можуть змінити параметри поясів за час від пари секунд до декількох годин, тобто досить швидко.

Цікаво, що схожі версії вже висловлювалися вченими і раніше - так, супутникові спостереження 90-х показували саме таку швидкість зміни щільності електронів в верхньому з поясів Ван Аллена. Однак подібне фіксувалося лише на невеликих ділянках цього пояса, що змусило фізиків засумніватися в тому, що даний процес є загальною закономірністю. У підсумку вирішили, що прилади супутників мали справу з якоюсь місцевої аномалією, причини якої так і не вдалося встановити. Однак тепер, оскільки різке збільшення щільності було зафіксовано практично по всьому поясу, стало зрозуміло, що гіпотеза захоплення електронів у космічних атомів абсолютно вірна.

Більш того, дослідження доктора Рівза і його колег показали, що електрони не приходять з космосу, вже володіючи високими енергіями, а отримують їх уже в поясах Ван Аллена, які, як з'ясувалося, виконують роль природних прискорювачів частинок, аналогічних тим, що стоять у багатьох земних фізичних інститутах. З цього ж випливає, що уявлення про те, нібито радіаційні пояси тільки захищають землю від потоку космічних частинок, абсолютно невірно - адже на практиці більша частина електронів (і, швидше за все, протонів) стають високоенергетичними вже після їх захоплення, тобто попадання в пояса Ван Аллена.

Читайте також: Наша Земля - ​​природний коллайдер?

На думку вчених, в радіаційних поясах інших небесних тіл процеси захоплення відбуваються, швидше за все, схожим чином. Справа в тому, що Земля не є єдиним космічним об'єктом, що володіє поясами Ван Аллена - в 1973 році такий же радіаційний пояс був відкритий у Юпітера вітчизняним апаратом "Піонер-10". Трохи пізніше пояса Ван Аллена були виявлені і у Сатурна. Зараз вчені припускають наявність даного феномена у деяких екзопланет, а також і зірок з сильним магнітним полем і високим рівнем рентгенівського випромінювання ...

Все найцікавіше читайте в рубриці "Наука і техніка"

Останні новини сьогодні 29.07.2013