Pasy Van Allena. Jak je odkryto, czym są i jak wpływają na elektronikę na pokładzie statków kosmicznych?

W tym artykule:

1. Pasy Van Allena – czym jest promieniowanie?
2. Kto odkrył pasy Van Allena?
3. Pasy Van Allena – czym są?
4. Dodatkowe pasy Van Allena
5. Pasy Van Allena – jak wpływają na statki kosmiczne?

Pasy Van Allena to obszar intensywnego promieniowania jonizującego położony nad Ziemią. Zanim przejdziemy do opisu historii ich odkrycia, przypomnijmy sobie podstawowe informacje na temat radiacji.

Pasy Van Allena – czym jest promieniowanie?

W fizyce promieniowaniem, czyli radiacją nazywamy strumień cząstek lub fal wysyłanych (emitowanych) przez ciało. Z tej definicji wynika podstawowy podział promieniowania na:

• promieniowanie cząsteczkowe, czyli korpuskularne, składające się z cząstek takich jak elektrony, protony czy jądra atomowe helu,
• promieniowanie elektromagnetyczne, składające się z fal lub fotonów; jego przykładami są m.in. fale radiowe, światło widzialne, promieniowanie mikrofalowe, rentgenowskie i gamma.

W przypadku pasów Van Allena kluczową rolę odgrywa promieniowanie korpuskularne. Ten typ radiacji można zaobserwować m.in. w przestrzeni kosmicznej.

Kto odkrył pasy Van Allena?

Pasy Van Allena zostały odkryte w 1958 roku przez amerykańskiego astronoma Jamesa Alfreda Van Allena. Już od czasów studenckich interesował się on promieniowaniem kosmicznym. Potem pracował na Uniwersytecie Iowa. Specjalizował się w badaniach magnetosfery Ziemi.

Na Międzynarodową Stację Kosmiczną poleciała pierwsza całkowicie prywatna misja. Kto bierze w niej udział?

W kosmos poleciało czterech pasażerów, którzy wykupili dziesięciodniowy pobyt na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Czy doczekaliśmy się długo zapowiadanej komercjalizacji ISS? I co na to ...

Van Allen był jednym z twórców pierwszego amerykańskiego sztucznego satelity zwanego Explorer 1. Na pokładzie satelity znalazły się urządzenia do badania promieniowania kosmicznego, zaprojektowane przez Van Allena i jego studentów. Dane zebrane podczas misji Explorer 1 i kolejnych wykazały, że promieniowanie jest intensywniejsze w niektórych rejonach nad Ziemią.

Rejony te nazwano na cześć odkrywcy pasami Van Allena. Jego imieniem nazwano też misję Van Allen Probes. W jej skład wchodziły dwie sondy kosmiczne, badające pasy Van Allena. Wystrzelono je w 2012 r., działały przez 7 lat.

Van Allen kierował badaniami naukowymi podczas 24 misji kosmicznych. Odszedł na emeryturę w 1985 roku, zmarł w 2006 roku.

Pasy Van Allena – czym są?

Do Ziemi nieustannie dociera tzw. wiatr słoneczny. To strumień naładowanych cząstek emitowanych w przestrzeń kosmiczną przez Słońce. Drugie źródło takich cząstek to promieniowanie kosmiczne, docierające do nas spoza Układu Słonecznego.

Naukowcy odkryli, że burze z piorunami wytwarzają radioaktywność

Wiemy, że burze z piorunami mogą wywołać szereg niezwykłych efektów, do których należą przede wszystkim przerwy w dostawie prądu, gradobicia i chowanie się zwierząt domowych pod łóżk...

Większość cząstek pochodzących z wiatru słonecznego i promieniowania kosmicznego jest odpychana od Ziemi przez jej pole magnetyczne. Jednak część z nich zostaje uwięziona w tym polu. Dotyczy to głównie elektronów i protonów o wielkich energiach. Krążą one wokół Ziemi po trajektoriach zbliżonych do helis.

Cząstki te zgromadzone są w obszarach nazywanych pasami Van Allena. Inaczej nazywamy je też pasami promieniowania lub pasami radiacyjnymi. Dzielimy je na dwie części:

• wewnętrzny pas Van Allena – na wysokości od 1000 km do 12 tys. km, zawierający elektrony i protony,
• zewnętrzny pas Van Allena – na wysokości od 13 tys. km do 64 tys., zawierający głównie wysokoenergetyczne elektrony.

Dodatkowe pasy Van Allena

Oprócz dwóch stałych pasów Van Allena nad Ziemią mogą pojawiać się dodatkowe pasy radiacyjne:

• pas związany z intensywnymi erupcjami słonecznymi, odnotowany m.in. w 2013 r. w ramach misji sond kosmicznych Van Allen Probes,
• pas związany z wybuchami jądrowymi w stratosferze, np. po próbie atomowej USA w 1962 roku.

Takie pasy Van Allena stwarzają dodatkowe zagrożenie dla układów elektronicznych. W efekcie może dojść np. do awarii satelitów.

Pasy Van Allena – jak wpływają na statki kosmiczne?

Pasy Van Allena ułożone są symetrycznie względem ziemskiej osi magnetycznej. To linia łącząca ze sobą bieguny magnetyczne naszej planety. Jednak bieguny te nie pokrywają się z biegunami geograficznymi. W efekcie także oś magnetyczna nie pokrywa się dokładnie z osią obrotu Ziemi.

Nowe badania: astronauci mają zmiany w mózgu nawet przez miesiące po powrocie na Ziemię

NASA zamierza za trzy lata wysłać ludzi na Księżyc w ramach programu Artemis. Kolejne firmy komercyjne oferują wycieczki na orbitę i planują otwieranie kosmicznych hoteli. Czy jednak przebyw...

Co to oznacza? Otóż odległość pasów Van Allena od powierzchni Ziemi nie jest taka sama. Najmniejsza jest nad obszarem południowego Atlantyku. Miejsce to znane jest jako anomalia południowoatlantycka (SAA). W tym regionie strumień cząstek wysokoenergetycznych jest bardziej intensywny.

Z tego powodu nad tym miejscem dochodzi do największej ilości awarii statków kosmicznych, w tym ważnych dla naszej cywilizacji satelitów. Międzynarodowa Stacja Kosmiczna wymagała zainstalowania dodatkowych osłon, ponieważ jej orbita przebiega nad SAA. Wysoki poziom promieniowania sprawia też, że Kosmiczny Teleskop Hubble’a nie może zbierać danych, przelatując nad anomalią południowoatlantycką.