Van Allena radiācijas jostas — Zemes lādēto daļiņu zonas un satelītu risks
Van Allena radiācijas josla ir lādētu daļiņu zona, kas nāk no Saules kā Saules vējš. Tās uztver un notur Zemes magnētiskais lauks. Šīs joslas ir magnētiski “ierobežotas” zonas, kurā daļiņas cirkulē pa spirālēm ap magnētiskajām lauka līnijām un var saglabāties stundas, dienas vai ilgāk, atkarībā no enerģijas un laika apstākļiem kosmosā.
Zemei ir divas šādas jostas un dažkārt arī citas. Šīs jostas atklāja Džeimss Van Allens. Divas galvenās Zemes jostas stiepjas no aptuveni 500 līdz 58 000 km augstumā (310 līdz 36 040 jūdzes). To robežas nav stingras — tās var paplašināties vai sarauties atkarībā no Saules aktivitātes un magnētiskās vētras.
Tiek uzskatīts, ka lielāko daļu daļiņu, kas veido jostas, rada saules vējš un citas daļiņas, ko rada kosmiskie stari. Magnētiskais lauks, aizturot Saules vēju, novirza šīs enerģētiskās daļiņas un pasargā atmosfēru no iznīcības. Daļa daļiņu rodas arī Zemes augšējo atmosfēras slāņu jonizācijā un citu kosmisko procesu rezultātā.
Šīs joslas atrodas Zemes magnētsfēras iekšējā apgabalā. Joslās tiek aizturēti enerģētiskie elektroni un protoni. Jostas apdraud satelītus, kuru jutīgajiem komponentiem jābūt aizsargātiem ar atbilstošu ekrānu, ja tie šajā zonā pavada daudz laika. 2013. gadā NASA ziņoja, ka Van Allena zondes ir atklājušas trešo radiācijas jostu, kas tika novērota četras nedēļas. To iznīcināja spēcīgs starpplanētu triecienvilnis no Saules.
Kādas ir galvenās īpašības?
- Divas galvenās jostas: iekšējā josta (parasti tuvāk Zemei) un ārējā josta (augstāk un mainīgāka).
- Daļiņu veidi: pārsvarā augstas enerģijas elektroni un protoni; sastopami arī smagāki joni.
- Enerģijas līmeņi: daļiņu enerģija mēra elektronvoltos (eV) vai megaelektronvoltos (MeV) — tie var bojāt elektroniku un radīt jonizējošu radiāciju.
- Mainīgums: joslu intensitāte un izvietojums ir atkarīgs no Saules aktivitātes; geomagnētiskas vētras var strauji pastiprināt vai izkliedēt daļiņas.
Riski satelītiem un astronautiem
Radiācijas jostas spēj bojāt satelītu elektroniku, izraisīt single-event kļūmes (SEU), pakāpenisku materiālu degradāciju un palielināt ķermeņa audiem kaitīgo jonizējošās radiācijas devu. Īpaši jūtīgas ir kosmiskās aparātūras atmiņas un mikroprocesori — tie var kļūt neuzticami vai pilnīgi izsisti no darba. Zemākā orbītā esošie (LEO) satelīti parasti izvairās no ilgstošas pakļaušanas, bet geostacionārā orbīta un pārejas ceļi var krustot bīstamākas zonas.
Astronautiem īstermiņa pāreja cauri jostām (piemēram, Apollo misijās) bija iespējama ar rūpīgu plānošanu, tomēr ilgstoša uzturēšanās vai neaizsargāta darbība jostu zonā palielina radiācijas risku un prasa adekvātu aizsardzību.
Specifiski fenomēni un praktiskie aspekti
- Dienvidu Atlantijas anomālija (SAA): reģions virs Dienvidamerikas un Atlantijas, kur iekšējā josla pietuvojas Zemes virsmai — satelīti šajā zonā saņem lielākus radiācijas devus.
- Trešā josta: 2013. gada novērojums ar Van Allena zondēm parādīja, ka reizēm var radīties papildu pagaidu josla; tā var parādīties un izzust atkarībā no kosmiskajiem triecieniem un viļņa-daļiņu mijiedarbībām.
- Viļņu-daļiņu mijiedarbības: plazmas viļņi magnētiskajā apgabalā var pārvietot vai paātrināt daļiņas, ietekmējot joslu struktūru.
Kā samazināt riskus
Lai ierobežotu bojājumus, kosmosa aparātus projektē ar vairākām aizsardzības stratēģijām:
- elektronikas “apgrūtināšana” (radiācijas izturīgi komponenti un aizsardzības līmeņi),
- mehāniskā ekrāna izveide ap jutīgām detaļām (piem., alumīnija vai citi materiāli, atkarībā no svara un enerģijas),
- orbitu izvēle — plānot maršrutus un uzdevumus tā, lai pavadītais laiks radiācijas zonās būtu minimāls,
- darbības režīmi ģeomagnētiskas aktivitātes laikā — kritisku sistēmu noregulēšana vai pagaidu izslēgšana vētru laikā,
- redundance un datu korekcijas algoritmi SEU gadījumu mazināšanai.
Pētniecība un nozīme
Pētījumi par Van Allena joslām ir būtiski kosmosa misiju drošībai un uzticamībai. Mūsdienu misijas un instrumenti — īpaši NASA Van Allena zondes — sniedz datus par to, kā radiācijas zonu dinamika saistās ar Saules aktivitāti un kā veidot labāku prognozēšanu. Labāka izpratne palīdz uzlabot satelītu dizainu, samazināt operacionālos riskus un plānot cilvēka misijas tālā kosmosā.
Van Allena radiācijas joslas ir ne tikai potenciāls drauds, bet arī svarīga daļa no Zemes aizsardzības pret kosmisko radiāciju — tās parāda, kā magnētiskais lauks mijiedarbojas ar Sauli un kā šīs mijiedarbības ietekmē mūsu tehnoloģijas kosmosā.
Atskaņot multivides Šajā videoklipā ir parādītas Van Allena jostu šķērsgriezuma formas un intensitātes izmaiņas.
Van Allena starojuma jostu šķērsgriezums
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir Van Allena radiācijas josla?
A: Van Alena radiācijas josla ir lādētu daļiņu zona, kas nāk no Saules kā Saules vējš un ko uztver un notur Zemes magnētiskais lauks.
J: Cik daudz Van Alena radiācijas jostu ir uz Zemes?
A: Zemei ir divas Van Alena radiācijas joslas un dažkārt vēl citas.
J: Kas atklāja Van Alena starojuma jostas?
A: Jostas atklāja Džeimss Van Allens.
J: Cik tālu sniedzas divas galvenās Zemes jostas?
A: Divas galvenās Zemes jostas stiepjas no aptuveni 500 līdz 58 000 km (310 līdz 36 040 jūdžu) augstumā.
J: Kur atrodas Van Allena starojuma joslas?
A: Jostas atrodas Zemes magnētsfēras iekšējā apgabalā.
J: Ko Van Allena starojuma joslas aiztur?
A: Jostas aiztur enerģētiskos elektronus un protonus.
J: Kāpēc satelītiem ir vajadzīga atbilstoša aizsardzība, ja tie pavada laiku Van Allena radiācijas joslā?
A: Ja satelīti pavada laiku Van Allena radiācijas joslā, tiem ir nepieciešama atbilstoša aizsardzība, jo jostas apdraud satelītus, un to jutīgie komponenti ir jāaizsargā no enerģētiskajām daļiņām, kas iesprostotas jostās.
