Van Allenov radiačný pás

Van Allenov radiačný pás (-s malým v; iné názvy: van Allenov pás žiarenia, van Allenov pás, Van Allenov pás, van Allenovo pásmo, radiačný pás Zeme, radiačný pás [v užšom zmysle]) je radiačný pás Zeme.

Termín sa často vyskytuje v množnom čísle, pretože týchto pásov je viacero; poznáme totiž vonkajší van Allenov (radiačný) pás (skrátene: vonkajší pás) a vnútorný van Allenov (radiačný) pás (skrátene: vnútorný pás) a v roku 2013 NASA oznámila existenciu tretieho radiačneho pásu. 

Vnútorný pás objavil profesor Van Allen v roku 1958 na základe meraní prvej americkej družice Explorer 1. Podľa neho sú pásy aj pomenované. Vonkajší objavil profesor Vernov a jeho spolupracovníci na základe údajov zo sovietskej sondy Luna 1.

Charakteristika 
Van Allenove pásy sa rozprestierajú od výšky zhruba  nad zemským povrchom do vzdialenosti asi . Vnútorný radiačný pás tvorí zhustenie častíc vo výške asi , čo je okolo 0,1 až 1,5 zemských polomerov. Vyššia oblasť zhustenia vo výške zhruba 15 000 (2 – 10 zemských polomerov) je vonkajší pás. Vo vnútornom páse prevládajú energetické protóny s veľkou energiou. Je oveľa stabilnejší kvôli vyššej magnetickej energii ako vonkajší pás. Ten tvoria menej energetické elektróny s energiami merateľnými v kiloelektrónvoltoch. Oba pásy obklopujú Zem symetricky okolo jej magnetickej osi. Na priereze majú pásy polmesiacovitý tvar, čo je zapríčinené topológiou kriviek geomagnetického poľa. Zahusťujúce sa krivky majú efekt magnetického zrkadla, preto nimi väčšina nabitých častíc nemôže preniknúť až k pólu. Častice sa preto odrážajú späť a putujú k druhému zrkadlu nad druhým pólom, ktoré ich opäť odrazí. Týmto spôsobom sú častice v radiačnom páse dlhodobo uväznené. Pokiaľ majú častice vhodný uhol letu vzhľadom na siločiary a vhodné energie, môžu v oblastiach zrkadiel prenikať až do atmosféry, kde môžu spôsobiť polárnu žiaru. Pravdepodobnosť ich vysypávania do atmosféry je tým väčšia, čím väčší príkon častíc od Slnka pozorujeme, najväčšia preto býva v čase geomagnetických búrok.

Nabité častice vo van Allenových pásoch sú ovládané Lorentzovou silou. Vykonávajú tri rôzne pohyby: obeh okolo svojej siločiary s periódou niekoľko mikrosekúnd až milisekúnd, špirálový pohyb pozdĺž siločiar a pohyb častíc kolmý na rovinu magnetického poludníka. Častice strácajú svoju energiu pri zrážkach s časticami atmosféry. Neustále však pribúdajú nové častice vznikajúce rozpadom sekundárneho kozmického žiarenia, zo slnečného vetra a z ionosféry. Van Allenove pásy majú všetky planéty s magnetosférou. Najmohutnejšie v slnečnej sústave ich má Jupiter, keďže má zo všetkých planét najsilnejšie magnetické pole. Jupiterove pásy sú silne ovplyvňované mesiacom Io, ktoré dodávajú pásom ióny síry a sodíka.

Zvýšená radiácia najmä vo vnútornom páse spôsobuje problémy družiciam, ktorých obežná dráha pretína túto oblasť. Jednou z nich je aj Hubblov vesmírny ďalekohľad, ktorý je pri prelete van Allenovými radiačnými pásmi vypínaný.

Vplyv van Allenových pásov na človeka 
Úrovne žiarenia v pásoch by boli pre človeka nebezpečné, ak by im bol vystavený dlhší čas, alebo bez odtienenia radiácie. Na tienenie je možné použiť konštrukcie a materiály aj s inou úlohou, tieniť môže napr. vlastná stena hermetizovaných priestorov kozmickej lode, nádrže, zásoby vody, zásoby paliva, tepelná izolácia, konštrukcia protimeteorickej ochrany a pod. Misie Apollo minimalizovali nebezpečenstvo pre astronautov tým, že kozmické lode leteli vysokou rýchlosťou cez tenšie oblasti vonkajších pásov a úplne obchádzali vnútorné pásy, s výnimkou misie Apollo 14, kde kozmická loď prechádzala radiačnými pásmi priamo.

Prúdy častíc vo van Allenových pásoch

Hustota toku častíc, tvar pásov a umiestnenie špičkového toku sú rôzne, predovšetkým v závislosti od slnečnej aktivity.

Na magnetickom rovníku majú elektróny s energiou presahujúcou 5 000 keV (resp. 5 MeV) všesmerové toky v rozmedzí od 1,2 × 106 (resp. 3,7 × 104) do 9,4 × 109 (resp. 2 × 107) častíc na štvorcový centimeter za sekundu. 

Protónové pásy obsahujú protóny s kinetickými energiami v rozmedzí od asi 100 keV, ktoré dokážu preniknúť len do hĺbky 0,6 μm olova, do protónov s energiami viac ako 400 MeV, na ktorých odtienenie by bolo potrebných až  143 mm olova. 

Pre modelovanie počtu a toku častíc sa používajú protónové modely AP8MIN a AP8MAX. Protónové modely AP8 sú empirické modely všesmerovo zachyteného protónového toku v zemskej magnetosfére. Modely boli odvodené z meraní satelitov v 60. a 70.  rokoch

Referencie

Iné projekty 

Elektromagnetizmus
Sféry Zeme
Slnečné javy
Fyzika plazmy
Veda a technika v 1958