Привет друзья! Сегодня я хочу поговорить с вами о такой животрепещущей теме как радиационные пояса Земли (они же пояса Ван Алена). На сколько же опасна эта загадочная область околоземного космического пространства? В сети идут ожесточенные и не прекращающиеся споры и баталии об опасности радиационных поясов. Одна сторона утверждает - "любой живой организм при приближении к поясам Ван Алена просто изжарится". Другая же сторона напротив, говорит - "тьфу какая ерунда. Летайте на здоровье".
Сами же пояса Ван Алена были первым крупным открытием космической науки. Они были обнаружены благодаря данным первого американского спутника "Эксплорер-1", который был запущен в 1958 году. На борту спутника находился счетчик Гейгера для регистрации космических лучей. Во время полета счетчик в какой-то момент показывал около 30 импульсов в секунду, но в другой момент их частота была равна нулю, что озадачило ученых. Причина заключалась в том, что из-за ограничений ранних систем наведения космический аппарат вышел на эллиптическую орбиту с апогеем выше 2500 км. Исследователи выяснили что нулевые показатели наблюдались в тот момент, когда спутник находился на высоте свыше 2000 км. Более поздний спутник, под названием "Эксплорер-3", показал что в этом регионе околоземного пространства частота импульсов была настолько высока, что счетчик "Эксполорера-1" просто перегружался.
Но на самом деле первые намеки на существование радиационных поясов Земли был обнаружены в 1957 году при полете советского "Спутника-2" с собакой Лайкой на борту. Детектор космических лучей КС-5, разработанный Сергеем Верновым, обнаружил наличие радиационных поясов вокруг Земли, но ограничения телеметрической системы "Трал" привели к тому, что советские учёные не решились опубликовать результаты наблюдений, пока не будут получены более полные данные. Несколько месяцев спустя их опередили американские коллеги, и именно поэтому радиационные пояса Земли известны как пояса Ван Аллена, а не пояса Вернова.
Второй, внешний радиационный пояс, был открыт в конце 1958 года, космическим зондом "Пионер-3", который предназначался для полета к Луне. Из-за неисправности ракеты-носителя "Юнона-II", космический аппарат не смог набрать нужную скорость и достиг высоты около 100 тысяч километров. Счетчик Гейгера зафиксировал увеличение, а затем уменьшение количества зарегистрированных частиц при пролете внешнего радиационного пояса. В конечно итоге выяснилось, что этот радиационный пояс потенциально опасен, как для космических аппаратов, так и для людей, которые могут отправится за пределы низкой околоземной орбиты.
Но насколько опасны радиационные пояса? Ведь очевидно что астронавты космической программы "Аполлон" смогли выполнить миссии к Луне. Хотя некоторые сторонники так называемого "лунного заговора", утверждают, что "радиационный пояса настолько опасны, что могут убить человека за считанные минуты". Привет вам!
Таким образом, благодаря космическим аппаратам ученые получили довольно-таки хорошее представление о форме радиационных поясов и уровне радиации внутри них. Внутренний радиационный пояс состоит преимущественно из протонов, но также в нем присутствует и некоторое количество электронов. Внутренний пояс расположен на высоте от 540-600 км до 9600 км. Внешний радиационный пояс гораздо шире, он простирается от высоты 12000 км до 60000 км, и состоит из релятивистских высокоэнергетических электронов. Между этими поясами находится область с низкой интенсивностью - так называемая "щель".
Протоны во внутреннем радиационном поясе обязаны своим появлением высокоэнергетическими космическими лучам. Космические лучи которые попадают в атмосферу Земли образуют протоны и нейтроны. Нейтроны же распадаются при прохождении магнитного поля Земли на протоны и электроны.
Основная же часть электронов внешнего радиационного пояса поступают из солнечного ветра, когда он взаимодействует с магнитным полем Земли. Часть этих электронов захватывается, создавая внешний радиационный пояс нашей планеты. Интенсивность внешнего радиационного пояса очень сильно меняется в зависимости от солнечного ветра. Пояса Ван Алена ограничены магнитным полем Земли. Поскольку магнитные полюса не совпадают с осью вращения нашей планеты, радиационные пояса фактически не выравнены с географическим экватором Земли.
Магнитные поля создают своего рода "магнитную бутылку", которая препятствует выходу заряженных частиц, потому как они движутся вдоль линий магнитного поля по спирали от одного магнитного полюса до другого магнитного полюса. Поскольку заряженные частицы следуют геометрии магнитного поля Земли, существуют области где магнитное поле приближает внутренний радиационный пояс к поверхности планеты. Это область называется Южно-Атлантической аномалией. Эту область учитывают во время пилотируемых экспедиций на низкую околоземную орбиту. Средняя доза для одного члена экипажа Международной космической станции составляет 20 миллирад в день.
Моделирование радиационного облучения человека это очень сложная тема. В статье мы будем использовать величину уровня космической радиации - рад, ну а вы, самостоятельно, можете перевести ее в рентгены, греи и прочие эти ваши зиверты.
Ну а теперь перейдем к тому - насколько опасны пояса Ван Алена?
Представим космонавта, который находится на экваториальной орбите высотой в 3000 километров, в самом центре внутреннего радиационного пояса нашей планеты. Этот бедняга будет находится без радиационной защиты и скафандра, и будет просто болтаться в космосе в чем мать родила. И да, он получит колоссальную дозу равную 25775 рад в течении часа или 618600 рад в течении 24 часов. И как вы понимаете, умрет он очень быстро. Хотя к тому моменту ему уже будет всё равно какая там радиация, ведь мы отправили его прогуляться в космосе без скафандра.
Да ребята - радиационные пояса Земли опасная штука.
Но если мы добавим несколько миллиметров алюминия, чтобы имитировать обшивку космического корабля, то полученная доза значительно снизится. Потеря облучения произойдет из-за низкоэнергетических протонов, которые очень легко остановить. Например космический корабль "Аполлон" имел обшивку которая была эквивалентна 7 миллиметрам алюминия. Если теперь добавить 7 миллиметров алюминия, то доза облучения снизится с почти 26000 рад в час, до 20 рад в час, что несомненно будет большим прогрессом. Но тем не менее радиация все равно убьет бедного космонавта через несколько дней нахождения на такой орбите в космическом корабле.
Вернемся к нашим конспирологам которые утверждают, что высокие уровни радиации сделают невозможными полеты на Луну. Давайте подыграем им и представим полет космического корабля отправляющегося с низкой околоземной орбиты к Луне. Для пересечения всех радиационных поясов потребуется несколько часов, и во время этого перелета наш космонавт, вне своего космического корабля получит дозу в 1 миллион рад. "Ура" - скажут конспирологи. "Вот оно наше нилитали!"
Но если мы добавим экранирование - это существенно снизит дозу облучения до 4,4 рад, что будет на самом деле не плохо, учитывая что для появления краткосрочных эффектов облучения требуется около 50 рад. Это будет гораздо ниже годовой дозы установленной для работников атомной промышленности. Но на самом деле, нам придется удвоить эту дозу, потому что на обратном пути космический корабль вновь пересечет радиационный пояса нашей планеты. Но тут следует уточнить что мы стартовали к Луне с экваториальной околоземной орбиты, и она проходила через центр поясов Ван Алена.
Нужно помнить что уровень излучения радиационных поясов ослабевает при удалении от экватора, и большинство траекторий комических аппаратов к Луне проходят выше или ниже наиболее опасных регионов. Используя околоземную орбиту с наклонением 35 градусов к экватору, с которой космические корабли "Аполлон" отправлялись к Луне, мы снизим уровень радиации при пересечении поясов Ван Алена в 20 раз, до 0,26 рад.
Большой проблемы с пересечением радиационных поясов Земли нет, просто в них нужно проводить как можно меньше времени, и выбирать траектории полета избегающие самые опасные участки.
И да, специально для товарищей конспирологов скажу, что во время миссии "Артемида-2" по облету Луны, космический корабль "Орион" пересечет радиационные пояса Земли 5 раз. Вот теперь живите с этими знаниями.
Всем удачи.