26 (Полностью все 26 лекций в пдф), страница 4

Эти наблюдения ещё неимеют достаточно обоснованного научного объяснения.Длительное воздействие космической радиации способно очень негативно отразиться наздоровье человека. Для дальнейшей экспансии человечества к иным планетам Солнечной системы следует разработать надёжную защиту от подобных опасностей.Регистрация космических лучейДолгое время после открытия космических лучей, методы их регистрации не отличалисьот методов регистрации частиц в ускорителях, чаще всего - газоразрядные счётчики или ядерные фотографические эмульсии, поднимаемые в стратосферу, или в космическое пространство.Но данный метод не позволяет вести систематические наблюдения частиц с высокой энергией,так как они появляются достаточно редко, а пространство, в котором такой счётчик может вести наблюдения, ограничено его размерами.Современные обсерватории работают на других принципах. Когда высокоэнергетичнаячастица входит в атмосферу она, взаимодействуя с атомами воздуха на первых 100 г/см², рождает целый шквал частиц, в основном пионов и мюонов, которые в свою очередь рождают другие частицы, и так далее.

Образуется конус из частиц, который называют ливнем. Такие частицы двигаются со скоростью превышающей скорость света в воздухе, благодаря чему возникаетчеренковское свечение, регистрируемое телескопами. Такая методика позволяет следить за областями неба площадью в сотни квадратных километров.Радиационный пояс.Радиационный пояс - область магнитосфер планет, в которой накапливаются и удерживаются проникшие в магнитосферу высокоэнергичные заряженные частицы (в основном протоны и электроны).Радиационный пояс Земли (другое название радиационный пояс Ван Аллена - Van Allenradiation belt) - был открыт американским учёным Джеймсом ван Алленом после полета первого американского спутника Эксплорер-1 (внутренний пояс) и независимо советскими учёными С.Н.

Верновым и А.Е.Чудаковым после полёта Спутник-3 (внешний пояс) в 1958 году.Радиационные пояса Земли – это внутренние области земной магнитосферы в которыхмагнитное поле Земли удерживает заряженные частицы (протоны, электроны, α-частицы), обладающие кинетической энергией от десятков кэв до сотен Мэв - в разных областях радиационного пояса Земли энергия частиц различна.

Выходу заряженных частиц из радиационного пояса9Семестр 4. Лекция 26.Земли мешает особая конфигурация силовых линий геомагнитного поля, создающего для заряженных частиц магнитную ловушку (или как принято говорить - зону захвата.)Захваченные в ловушку Земли частицы под действием Лоренца силы совершают сложное движение, которое можно представить как колебательное движение по спиральной траектории вдоль силовой линии поля из Северного полушария в Южное и обратно с одновременным более медленным перемещением (долготным дрейфом) вокруг Земли. Когда частица движется по спирали в сторону увеличения поля (приближаясь к Земле), радиус спирали и ее шагуменьшаются.

Вектор скорости частицы, оставаясь неизменным по величине, приближается кплоскости, перпендикулярной направлению поля. Наконец, в некоторой точке (ее называютзеркальной) происходит «отражение» частицы. Она начинает двигаться в обратном направлении - к сопряженной зеркальной точке в др. полушарии. Одно колебание вдоль силовой линиииз Северного полушария в Южное протон с энергией ~ 100 Мэв совершает за время ~ 0,3 сек.Время нахождения («жизни») такого протона в геомагнитной ловушке может достигать 100 лет(~ 3⋅109 сек), за это время он может совершить до 1010 колебаний. В среднем захваченные частицы большой энергии совершают до нескольких сотен миллионов колебаний из одного полушария в другое.

Долготный дрейф происходит со значительно меньшей скоростью. В зависимости от энергии частицы совершают полный оборот вокруг Земли за время от нескольких минутдо суток. Положительные ионы дрейфуют в западном направлении, электроны - в восточном.Частицы альбедо - это вторичные частицы, отраженные от атмосферы Земли. Нейтроныальбедо обеспечивают радиационный пояс протонами с энергией до 10³ МэВ и электронами сэнергией до нескольких МэВ. Максимум интенсивности протонов низких энергий расположенна расстояниях ~3 радиусов Земли от её центра. Малоэнергичные электроны заполняют всю область захвата.

Для них нет разделения на внутренний и внешний пояса. Поток протонов вовнутреннем поясе довольно устойчив во времени.Процесс взаимодействия ядер первичного космического излучения с атмосферой сопровождается возникновением нейтронов. Поток нейтронов, идущий от Земли (нейтроны альбедо),беспрепятственно проходит сквозь магнитное поле Земли. Поскольку нейтроны нестабильны(среднее время распада ~ 900 с), часть из них распадается в зонах, недоступных для заряженныхчастиц малых энергий.

Таким образом, продукты распада нейтронов (протоны и электроны)рождаются прямо в зонах захвата. В зависимости от энергии и направления движения эти протоны и электроны могут либо оказаться захваченными, либо покинуть эту область.Частицы высоких энергий могут быть удержаны лишь сильным магнитным полем, т. е.во внутренних областях магнитосферы.В околоземном пространстве можно выделить две торообразные области, расположенные в экваториальной плоскости примерно на расстоянии от 300 км до 6000 и от 12000 км до40000 км. Обычно выделяют внутренний ивнешний радиационные пояса Земли, пояспротонов малых энергий (пояс кольцевого тока) и зону квазизахвата частиц, или авроральной радиации (латинское название полярныхсияний).Внутренний радиационный пояс характеризуется наличием протонов высоких энергий (от 20 до 800 Мэв).

Во внутреннем поясеприсутствуют также электроны с энергиямиот 20—40 кэв до 1 Мэв.Меридиональное сечение радиационного пояВнутренний пояс расположен вокругса Земли.Земли в экваториальных широтах. С внешнейL ∼ 1÷3 радиуса Земли - внутренняя частьстороны этот пояс ограничен оболочкой с L ~пояса;2 радиуса Земли, которая пересекается с поL ∼ 3,5-7 радиуса Земли - внешняя часть.верхностью Земли на геомагнитных широтах~ 45°.

Ближе всего к поверхности Земли (на10Семестр 4. Лекция 26.высоты до 200-300 км) внутренний пояс подходит вблизи Бразильской магнитной аномалии, гдеполе сильно ослаблено; над географическим экватором нижняя граница внутреннего пояса отстоит от Земли примерно на 600 км над Америкой и до 1600 км над Австралией. На нижнейгранице внутреннего пояса частицы, испытывая частые столкновения с и молекулами атмосферных газов, теряют свою энергию, рассеиваются и «поглощаются» атмосферой.Для внешнего радиационного пояса Земли характерны электроны с энергиями 40-100 кэв.Среднее время «жизни» частиц внешнего радиационного пояса Земли составляет 105-107 сек.

Впериоды повышенной солнечной активности во внешнем поясе присутствуют также электроныбольших энергий (до 1 Мэв и выше).Пояс протонов малых энергий (Ep ~ 0,03—10 Мэв) простирается от L ~ 1,5 радиуса Землидо L ~ 7—8 радиусов Земли. Зона квазизахвата, или авроральной радиации, расположена завнешним поясом, она имеет сложную пространственную структуру, обусловленную деформацией солнечным ветром (потоком заряженных частиц от Солнца). Основной составляющейчастиц зоны квазизахвата являются электроны и протоны с энергиями E < 100 кэв.

Внешнийпояс и пояс протонов малых энергий ближе всего (до высоты 200-300 км) подходит к Земле наширотах 50—60°. На широты выше 60° проецируется зона квазизахвата, совпадающая с областью максимальной частоты появления полярных сияний. В некоторые периоды отмечается существование узких поясов электронов высоких энергий (Ee ~ 5 Мэв) на оболочках с L ~ 2,5—3,0радиуса ЗемлиРадиационные пояса испытывают различные временные вариации: расположенный ближе к Земле и более стабильный внутренний пояс - незначительные, внешний пояс - наиболеечастые и сильные.

Для внутреннего радиационного пояса Земли характерны небольшие вариа-ции в течение 11-летнего цикла солнечной активности. Внешний пояс заметно меняет свои границы и структуру даже при незначительных возмущениях Пояс протонов малых энергий занимает в этом смысле промежуточное положение. Особенно сильные вариации радиационныепояса Земли претерпевают во время магнитных бурь. Сначала во внешнем поясе резко возрастает плотность потока частиц малых энергий и в то же время теряется заметная доля частицбольших энергий. Затем происходит захват и ускорение новых частиц, в результате которых впоясах появляются потоки частиц на расстояниях обычно более близких к Земле, чем в спокойных условиях.

После фазы сжатия происходит медленное, постепенное возвращение радиационных поясов Земли к исходному состоянию. В периоды высокой солнечной активности бурипроисходят очень часто, так что эффекты от отдельных бурь накладываются друг на друга, и11Семестр 4. Лекция 26.максимум внешнего пояса в эти периоды располагается ближе к Земле, чем в периоды минимума солнечной активности.Высыпание частиц из ловушки, в особенности из зоны квазизахвата (авроральной радиации), приводит к усилению ионизации ионосферы, а интенсивное высыпание - к полярным сияниям.