Van Allenovy radiační pásy

Van Allenovy radiační pásy jsou oblastmi nabitých částic (tedy plazmatu) kolem Země, které zachytilo magnetické pole naší planety. Když se pásy "přebijí", částice narážejí na horní atmosféru a světélkují - tak vzniká polární záře.

Existenci těchto pásů vědci teoreticky předpokládali už v době před kosmickou érou. Potvrdily je až měření družic Explorer I (31. ledna 1958) a pozdější Explorer III, o které se zasloužil dr. James Van Allen. Zachycené záření poprvé zmapovaly družice Explorer IV a Pioneer III.

Oblasti záření si můžeme představit jako vnitřní a vnější pás obepínající Zemi. Vnitřní pás se skládá převážně z protonů, zatímco vnější tvoří především elektrony. Částice v těchto pásech dokážou proniknout olověným štítem o tloušťce jednoho milimetru.

Termín Van Allenovy pásy souvisí s radiačními pásy kolem Země, ale podobné pásy byly objeveny i kolem dalších planet. Kvůli zemské atmosféře se u naší planety částice vyskytují až ve výšce 200-1000 km a jejich vzdálenost nepřesahuje sedm poloměrů Země. Pásy končí v úhlu 65 stupňů od rovníkem, přímo nad póly se nenacházejí.

Vnější Van Allenův pás

Velký vnější pás radiace se nachází ve výšce od 10 tisíc do 65 tisíc km, nejintenzivnější je ve výšce 14,5 tisíc až 19 tisíc km. Vědci se domnívají, že ho tvoří plazma zachycené magnetosférou Země. Sovětská sonda Luna 1 změřila, že se v pásu nachází jen malé množství částic nabitých vysokou energií.

Gyroradius (okruh kruhového pohybu) protonů by byl dost velký k tomu, aby se částice dostaly do kontaktu se zemskou atmosférou. Elektrony v této oblasti proudí rychle podél vnějšího okraje pásu a elektrony s kinetickou energií vyšší než 40 keV se mohou během 100 km dostat na běžnou meziplanetární úroveň. Tento pokles je způsobený slunečním větrem.

Přítomnost částic ve vnějším pásu je různá. Obsahuje elektrony a různé ionty. Většina iontů je ve formě energetických protonů, ale určité procento jsou tzv. alfa částice a kladné ionty kyslíku (O+), podobné těm v ionosféře, ale s mnohem vyšší energií. Tato směs iontů naznačuje, že částice obsažené ve vnějším pásu pravděpodobně pocházejí z více různých zdrojů.

Vnější pás je větší a rozptýlenější než vnitřní pás, je obklopený oblastí s nízkou intenzitou, zvanou pásový proud. Narozdíl od vnitřního pásu jsou částice ve vnějším pásu proměnlivější a obecně mají nižší intenzitu (méně jen 1 MeV). Intenzita stoupá, když magnetické bouře do pásu pošlou nové částice z magnetosféry, potom opět klesá.

Diskutuje se o tom, zda vnější pás objevila americká družice Explorer IV, nebo sovětský Sputnik II nebo III.

Vnitřní Van Allenův pás

Vnitřní pás se rozkládá zhruba ve výšce 1,1 až 3,3 poloměrů Země. Obsahuje vysoké koncentrace energetických protonů s energií přes 100 MeV, zachycených silným (ve srovnání s vnějším pásem) magnetickým polem v této oblasti.

Vědci se domnívají, že protony s energií vyšší než 50 MeV v nižších výškách jsou důsledkem beta rozpadu neutronů kosmického záření. Zdrojem protonů s nižší energií je pravděpodobně difúze protonů závislá na změnách v magnetickém poli během geomagnetických bouří.

Dopad Van Allenových pásů na cestování vesmírem

Záření může poškodit sluneční baterie, integrované obvody a senzory. V roce 1962 byly Van Allenovy pásy dočasně zesíleny jaderným výbuchem ve velké výšce (test Starfish Prime). Důsledkem toho přestalo fungovat několik družic.

Magnetické bouře občas zničí elektronická zařízení na družicích. Kvůli miniaturizaci a digitalizaci elektroniky a logických obvodů jsou dnešní družice citlivější vůči záření a zranitelnější, protože energie iontů se může rovnat náboji v obvodech. Elektronika na družicích musí být lépe chráněna, aby mohla spolehlivě fungovat. Kromě dalších družic se například často vypínají senzory na Hubbleově kosmickém dalekohledu, když prolétá oblastmi se silným zářením.

Družice chráněná 3 mm vrstvou hliníku je každoročně vystavená dávce záření 2500 rem (25 Sv).

Lidé, kteří tvrdí, že celý projekt Apollo a přistání lidí na Měsíci byl podvod, argumentují tím, že cestování na Měsíc není možné, protože záření Van Allenových pásů by astronauty zabilo nebo jim vážně ublížilo. Ve skutečnosti astronauti při cestě na Měsíc strávili v oblasti pásů tak málo času, že byli vystaveni jen neškodné dávce záření. Nicméně NASA záměrně načasovala lety a použila takové dráhy, aby průlet pásem byl co nejkratší a vliv záření byl co nejmenší. Astronauti, kteří navštívili Měsíc, zřejmě mají trochu vyšší riziko vzniku rakoviny v pozdějším životě, ale pravděpodobnost není příliš vysoká.

Proč existují Van Allenovy pásy

Vědci se shodují, že Van Allenovy pásy jsou důsledkem kolize magnetického pole Země se slunečním větrem. Záření ze slunečního větru se zachycuje v magnetosféře. Zachycené částice jsou odpuzovány z oblasti silného magnetického pole, kde se pole sbíhá. Vlivem toho částice létají tam a zpět mezi zemskými póly, kde magnetické pole narůstá.

Mezeru mezi vnějším a vnitřním pásem způsobují nízkofrekvenční radiové vlny, které odtud všechny částice vypudí. Sluneční erupce mohou do této mezery některé částice natlačit, ale za několik dní odtud zmizí.

O radiových vlnách se vědci nejdřív domnívali, že vznikají turbulencemi v radiačních pásech. Nedávná studie Jamese Greena z Goddardova střediska kosmických letů při NASA, která porovnávala mapy aktivity blesků shromážděné družicí MicroLab1 s daty o radiových vlnách v mezeře mezi radiačními pásy, pořízenými družicí IMAGE, ale naznačuje, že radiové vlny vytvářejí blesky v atmosféře Země. Vzniklé radiové vlny míří do ionosféry přesně v takovém úhlu, že jí proniknou jen ve vysokých vrstvách, kde se nižší oblasti mezery přibližují vysokým vrstvám atmosféry.

Sovětský svaz kdysi obvinil USA, že vytvořil vnitřní pás radiace během jaderných pokusů v Nevadě. USA pro změnu obvinily Sovětský svaz, že během jaderných testů vytvořil vnější pás. Existují i další teorie - podle rakouského astrofyzika Thomase Golda je vnější pás pozůstatkem polárních září, podle dr. Alexe Desslera je výsledkem sopečné aktivity.

Podle jiného pohledu můžeme pásy chápat jako tok elektrického proudu, který je živen slunečním větrem. Protože protony jsou kladné a elektrony záporné, oblast mezi pásy můžeme chápat jako elektrický proud. Pásy se podle odborníků podílejí také na vzniku polárních září, blesků a dalších elektrických jevů.

---

Tento text (překlad) je zveřejněn pod licencí GFDL
původní stránky
překlad: Eva Vlčková