Վան Ալլենի ճառագայթային գոտի

thumb|upright=1.35|Վան Ալլենի ճառագայթային գոտիների խաչմերուկ։
**Վան Ալլենի ճառագայթային գոտի**, էներգետիկ լիցքավորված մասնիկների գոտի է, որոնց մեծ մասը ծագում է արևային քամուց, որոնք գրավում և պահում են մոլորակի շուրջը այդ մոլորակի մագնիսոլորտով։ Երկիրն ունի երկու այդպիսի գոտի, և երբեմն մյուսները կարող են ժամանակավորապես ստեղծվել։ Գոտիներն անվանվել են Ջեյմս Վան Ալլենի պատվին, ով 1958 թվականին հրապարակել է հոդված, որտեղ նկարագրում է գոտիները:

Երկրի երկու հիմնական գոտիները տարածվում են մակերևույթից մոտ 640-ից մինչև 58,000 կմ (400-36,040 մղոն) բարձրությունից, որտեղ ճառագայթման մակարդակը տարբեր է։ Գոտիները գտնվում են Երկրի մագնիսական դաշտի ներքին հատվածում։ Նրանք թակարդում են էներգետիկ էլեկտրոնները և պրոտոնները։ Այլ միջուկներ, ինչպիսիք են ալֆա մասնիկները, ավելի քիչ տարածված են։ Ենթադրվում է, որ գոտիները կազմող մասնիկների մեծ մասը գալիս է արևային քամուց, մինչդեռ մյուսները գալիս են տիեզերական ճառագայթների տեսքով։ Արեգակնային քամին թակարդի մեջ գցելով՝ մագնիսական դաշտը շեղում է այդ էներգետիկ մասնիկները և պաշտպանում մթնոլորտը կործանումից։

Գոտիները վտանգում են արբանյակները, որոնց զգայուն բրիչները պետք է պաշտպանված լինեն համապատասխան պաշտպանությամբ, եթե նրանք զգալի ժամանակ անցկացնեն այդ գոտու մոտ։ Վան Ալլենի գոտիներով անցնող Ապոլոնի տիեզերագնացները ճառագայթման շատ ցածր և անվնաս չափաբաժին են ստացել։

2013 թվականին Van Allen Probes-ը հայտնաբերել է անցողիկ, երրորդ ճառագայթային գոտի, որը պահպանվել է չորս շաբաթ:

## Բացահայտում

Քրիստիան Բիրքելանդը, Կարլ Շտյորմերը, Նիկոլաս Քրիստոֆիլոսը և Էնրիկո Մեդին 1895 թվականին հետաքննել էին լիցքավորված մասնիկների թակարդի հնարավորությունը՝ ստեղծելով տեսական հիմք ճառագայթային գոտիների ձևավորման համար։ Երկրորդ սովետական Sputnik 2 արբանյակը, որն ուներ դետեկտորներ, նախագծված Սերգեյ Վերնովի կողմից, իսկ այնուհետև ԱՄՆ-ի Explorer 1 և Explorer 3 արբանյակները, 1958 թվականի սկզբին հաստատեցին գոտու գոյությունը, որը հետագայում կոչվեց Ջեյմս Վան Ալլենի անունով Այովա համալսարանից։ Թակարդված ճառագայթումը առաջին անգամ քարտեզագրվել է Explorer 4-ի, Pioneer 3-ի և Luna 1-ի կողմից։

Վան Ալլենի գոտիներ տերմինը վերաբերում է հատկապես Երկիրը շրջապատող ճառագայթային գոտիներին, սակայն նմանատիպ ճառագայթային գոտիներ են հայտնաբերվել նաև այլ մոլորակների շուրջ։ Արևը երկարաժամկետ ճառագայթային գոտիներ չի ապահովում, քանի որ չունի կայուն, գլոբալ դիպոլային դաշտ։

Երկրի մթնոլորտը սահմանափակում է գոտիների մասնիկները 200–1000 կմ-ից բարձր տարածքներում (124–620 մղոն), մինչդեռ գոտիները չեն անցնում Երկրի 8 շառավիղից *R<sub>E</sub>*։ Գոտիները սահմանափակված են մի ծավալով, որը տարածվում է մոտ 65° երկնային հասարակածի երկու կողմերում։

## Ներքին գոտի
thumb|Երկրի շուրջ երկու ճառագայթային գոտիների գծագրում. ներքին գոտին (կարմիր), որտեղ գերակշռում են պրոտոնները, իսկ արտաքինը (կապույտ)՝ էլեկտրոնները։
Վան Ալլենի ներքին գոտին սովորաբար տարածվում է 0,2-ից 2 Երկրի շառավիղների բարձրությունից (L արժեքները 1,2-ից 3) կամ 1000 կմ (620 մղոն) մինչև 12000 կմ (7500 մղոն) Երկրից: Որոշ դեպքերում, երբ արեգակնային ակտիվությունն ավելի ուժեղ է կամ աշխարհագրական տարածքներում, ինչպիսին է Հարավատլանտյան անոմալիան, ներքին սահմանը կարող է իջնել մինչև Երկրի մակերևույթից մոտավորապես 200 կմ բարձրության վրա։ Ներքին գոտին պարունակում է էլեկտրոնների բարձր կոնցենտրացիաներ հարյուրավոր keV-ի սահմաններում և էներգետիկ պրոտոններ, որոնց էներգիան գերազանցում է 100 ՄէՎ-ը, որոնք թակարդված են տարածաշրջանի համեմատաբար ուժեղ մագնիսական դաշտերով (համեմատած արտաքին գոտու հետ):

Ենթադրվում է, որ ստորին գոտիներում 50 ՄէՎ-ն գերազանցող պրոտոնային էներգիաները ցածր բարձրությունների վրա նեյտրոնների բետա քայքայման արդյունք են, որոնք առաջացել են մթնոլորտի վերին միջուկների հետ տիեզերական ճառագայթների բախումից: Ենթադրվում է, որ ցածր էներգիայի պրոտոնների աղբյուրը պրոտոնների դիֆուզիան է, ինչը պայմանավորված է գեոմագնիսական փոթորիկների ժամանակ մագնիսական դաշտի փոփոխություններով: Երկրի երկրաչափական կենտրոնից գոտիների աննշան շեղման պատճառով ներքին Վան Ալլենի գոտին ամենամոտն է մոտենում մակերևույթին Հարավային Ատլանտյան անոմալիայում:

2014 թվականի մարտին Վան Ալլենի զոնդերի վրա Radiation Belt Storm Probes Ion Composition Experiment (RBSPICE) ճառագայթային գոտիներում նկատվել է «զեբրային գծեր» հիշեցնող նախշ: 2014-ին առաջարկված նախնական տեսությունն այն էր, որ Երկրի մագնիսական դաշտի առանցքի թեքության պատճառով մոլորակի պտույտը առաջացրել է տատանվող, թույլ էլեկտրական դաշտ, որը թափանցում է ամբողջ ներքին ճառագայթային գոտին: Փոխարենը 2016-ի ուսումնասիրությունը եզրակացրեց, որ զեբրայի շերտերը իոնոլորտի քամիների դրոշմն են ճառագայթային գոտիների վրա:

## Արտաքին գոտի
thumb|upright=1.15|Արեգակնային քամու վրա Վան Ալլենի գոտու ազդեցության լաբորատոր մոդելավորում; Ավրորայի նման Բիրքելենդի հոսանքները ստեղծվել են գիտնական Քրիստիան Բիրքլենդի կողմից իր տեռելլայում՝ մագնիսացված անոդային գլոբուս էվակուացված խցիկում։
Արտաքին գոտին հիմնականում բաղկացած է բարձր էներգիայի (0,1–10 ՄէՎ) էլեկտրոններից, որոնք թակարդում են Երկրի մագնիսոլորտը։ Այն ավելի փոփոխական է, քան ներքին գոտին, քանի որ այն ավելի հեշտ է ենթարկվում արեգակնային ակտիվության ազդեցությանը։ Այն գրեթե տորոիդային է, սկսվում է Երկրի 3 շառավղով բարձրությունից և տարածվում մինչև Երկրի 10 շառավղ (*R<sub>E</sub>*)՝ Երկրի մակերևույթից 13000-60000 կմ (8100-37300 մղոն): Նրա ամենամեծ ինտենսիվությունը սովորաբար մոտ 4-5 *R<sub>E</sub>* է: Արտաքին էլեկտրոնային ճառագայթման գոտին հիմնականում արտադրվում է դեպի ներս շառավղային դիֆուզիոն և տեղային արագացում՝ սուլիչի ռեժիմի պլազմային ալիքներից էներգիայի փոխանցման միջոցով ճառագայթային գոտու էլեկտրոններին։ Ճառագայթային գոտու էլեկտրոնները նույնպես մշտապես հեռացվում են Երկրի մթնոլորտի հետ բախումների, մագնիտոպաուզի կորուստների և դրանց արտաքին ճառագայթային դիֆուզիայի արդյունքում։ Էներգետիկ պրոտոնների գիրոադիոնները բավականաչափ մեծ կլինեն, որպեսզի դրանք շփվեն Երկրի մթնոլորտի հետ: Այս գոտու ներսում էլեկտրոններն ունեն մեծ հոսք, և արտաքին եզրին (մագնիսական դադարին մոտ), որտեղ գեոմագնիսական դաշտի գծերը բացվում են գեոմագնիսական «պոչի» մեջ, էներգետիկ էլեկտրոնների հոսքը կարող է իջնել մինչև միջմոլորակային ցածր մակարդակը մոտ 100 կմ հեռավորության վրա (62 մղոն) — նվազում 1000 գործակցով։
2014 թվականին պարզվեց, որ արտաքին գոտու ներքին եզրը բնութագրվում է շատ կտրուկ անցումով, որից ներքև բարձր հարաբերական էլեկտրոնները (> 5 ՄէՎ) չեն կարող ներթափանցել։ Այս վահանանման պահվածքի պատճառը լավ հասկանալի չէ։

Արտաքին գոտու թակարդված մասնիկների պոպուլյացիան բազմազան է՝ պարունակում է էլեկտրոններ և տարբեր իոններ։ Իոնների մեծ մասը էներգետիկ պրոտոնների տեսքով է, բայց որոշակի տոկոսը կազմում են ալֆա մասնիկները և O+ թթվածնի իոնները, որոնք նման են իոնոլորտի իոններին, բայց շատ ավելի էներգետիկ: Իոնների այս խառնուրդը ենթադրում է, որ օղակի հոսանքի մասնիկները, հավանաբար, ծագում են մեկից ավելի աղբյուրներից:
Արտաքին գոտին ավելի մեծ է, քան ներքինը, և դրա մասնիկների պոպուլյացիան լայնորեն տատանվում է: Էներգետիկ (ճառագայթման) մասնիկների հոսքերը կարող են կտրուկ աճել և նվազել՝ ի պատասխան գեոմագնիսական փոթորիկների, որոնք ինքնին հրահրվում են Արեգակի կողմից առաջացած մագնիսական դաշտի և պլազմայի խանգարումներից: Աճը պայմանավորված է փոթորկի հետ կապված ներարկումներով և մագնիսոլորտի պոչից մասնիկների արագացմամբ։ Արտաքին գոտու մասնիկների պոպուլյացիաների փոփոխականության մեկ այլ պատճառ է ալիք-մասնիկ փոխազդեցությունը տարբեր պլազմային ալիքների հետ հաճախականությունների լայն տիրույթում:

2013 թվականի փետրվարի 28-ին հաղորդվեց, որ հայտնաբերվել է երրորդ ճառագայթային գոտի, որը բաղկացած է բարձր էներգիայի ուլտրառելյատիվ լիցքավորված մասնիկներից։ ՆԱՍԱ-ի Վան Ալլենի զոնդերի թիմի մամուլի ասուլիսում ասվեց, որ այս երրորդ գոտին Արեգակից կորոնային զանգվածի արտանետման արդյունք է: Այն ներկայացվել է որպես առանձին ստեղծագործություն, որը դանակի նման բաժանում է արտաքին գոտին իր արտաքին կողմում և գոյություն ունի առանձին՝ որպես մասնիկների պահեստարան մեկ ամսվա ընթացքում, նախքան ևս մեկ անգամ միաձուլվելը արտաքին գոտու հետ:
Երրորդ, անցողիկ գոտու անսովոր կայունությունը բացատրվում է որպես Երկրի մագնիսական դաշտի կողմից ուլտրառելյատիվիստական մասնիկների «ծուղակում», քանի որ դրանք կորչում են երկրորդ, ավանդական արտաքին գոտուց: Թեև արտաքին գոտին, որը ձևավորվում և անհետանում է մեկ օրվա ընթացքում, խիստ փոփոխական է մթնոլորտի հետ փոխազդեցության պատճառով, երրորդ գոտու ուլտրառելյատիվիստական մասնիկները ենթադրվում է, որ չեն ցրվում մթնոլորտ, քանի որ դրանք չափազանց էներգետիկ են մթնոլորտային ալիքների հետ փոխազդելու համար ցածր լայնություններ ցրվելու և թակարդի այս բացակայությունը թույլ է տալիս նրանց երկար ժամանակ գոյատևել՝ վերջապես միայն կործանվելով անսովոր իրադարձության պատճառով, ինչպիսին է Արեգակի հարվածային ալիքը։

## Տիեզերական ճանապարհորդության հետևանքները
Գոտիներից այն կողմ նրանք բախվում են տիեզերական ճառագայթների և արևային մասնիկների հետ կապված լրացուցիչ վտանգների: Վան Ալլենի ներքին և արտաքին գոտիների միջև ընկած հատվածը գտնվում է Երկրի 2-4 շառավղով և երբեմն կոչվում է «անվտանգ գոտի»:

Արեգակնային մարտկոցները, ինտեգրալ սխեմաները և սենսորները կարող են վնասվել ճառագայթումից: Գեոմագնիսական փոթորիկները երբեմն վնասում են տիեզերանավի էլեկտրոնային բաղադրիչները: Էլեկտրոնիկայի և տրամաբանական սխեմաների մանրանկարչությունն ու թվայնացումը արբանյակներն ավելի խոցելի են դարձրել ճառագայթման նկատմամբ, քանի որ այս սխեմաների ընդհանուր էլեկտրական լիցքն այժմ բավական փոքր է, որպեսզի համեմատելի լինի մուտքային իոնների լիցքի հետ: Արբանյակների էլեկտրոնիկան պետք է կարծրացվի ճառագայթման դեմ, որպեսզի հուսալիորեն աշխատի: Hubble տիեզերական աստղադիտակը, ի թիվս այլ արբանյակների, հաճախ անջատում է իր սենսորները, երբ անցնում է ինտենսիվ ճառագայթման շրջաններով: 3 մմ ալյումինով պաշտպանված արբանյակը էլիպսային ուղեծրում (200 x 20,000 մղոն (320 x 32,190 կմ)), որն անցնում է ճառագայթային գոտիներով, տարեկան կստանա մոտ 2500 ռեմ (25 Sv): (Համեմատության համար նշենք, որ ամբողջ մարմնի 5 Sv չափաբաժինը մահացու է): Գրեթե ամբողջ ճառագայթումը կստացվի ներքին գոտին անցնելիս:

«Ապոլոն» առաքելությունները նշանավորեցին առաջին իրադարձությունը, երբ մարդիկ ճանապարհորդեցին Վան Ալլենի գոտիներով, ինչը մի քանի ճառագայթման վտանգներից մեկն էր, որը հայտնի էր առաքելության պլանավորողների կողմից: Տիեզերագնացները ցածր ազդեցություն են ունեցել Վան Ալլենի գոտիներում՝ դրանց միջով թռչելու կարճ ժամանակահատվածի պատճառով:
Տիեզերագնացների ընդհանուր ազդեցության տակ իրականում գերակշռում էին արեգակնային մասնիկները, որոնք դուրս էին եկել Երկրի մագնիսոլորտից: Տիեզերագնացների ստացած ընդհանուր ճառագայթումը տատանվում էր առաքելությունից առաքելություն, սակայն չափվել է 0,16-ից 1,14 ռադ (1,6-ից 11,4 մԳայ), շատ ավելի քիչ, քան 5 ռեմ (50 մՍվ) տարեկան ստանդարտը, որը սահմանված է Միացյալ Նահանգների ատոմային էներգիայի հանձնաժողովի կողմից՝ ռադիոակտիվության հետ աշխատող մարդկանց համար:

## Ծանոթագրություններ

Կատեգորիա:Մագնիսականություն
Կատեգորիա:Մթնոլորտ
Կատեգորիա:Մոլորակագիտություն