Pasy Van Allena

Pasy Van Allena – otaczające Ziemię obszary (koncentryczne pierścienie) intensywnego promieniowania – pasy radiacyjne. Stanowią część magnetosfery Ziemi, poza obszarem atmosfery ziemskiej. Występują w nich naładowane, wysokooenergetyczne jony i cząstki elementarne. Tego samego rodzaju pasy związane są także w wieloma innymi planetami. Na Ziemi istnieją dwa główne pasy radiacyjne, zewnętrzny pas Van Allena i wewnętrzny pas Van Allena. Przyjmują one kształt pierścieni ponad równikiem magnetycznym, które rozciągają się na odległość kilu promieni Ziemi – od około 1000 do około 65000 kilometrów od powierzchni planety. W zewnętrznym pasie Van Allena występują głównie elektrony, w wewnętrznym pasie Van Allena głównie protony.


Pasy Van Allena – pasy radiacyjne Ziemi

Pasy Van Allena określa się także terminami “pasy radiacyjne” lub “pasy radiacji”, są to jednak pojęcia szersze, stosowane częściej w odniesieniu do podobnych obszarów promieniowania innych planet oraz do mniej znaczących, niż dwa główne pasów radiacyjnych Ziemi. Wewnętrzy i zewnętrzny pas Van Allena traktowane są przy tym często jako jeden pas radiacyjny o zróżnicowanym wewnętrznie stopniu intensywności. Cząstki naładowane elektrycznie występują w całej magnetosferze, pas Van Allena jest jedynie obszarem ich koncentracji.

Sama nazwa pasów pochodzi od nazwiska ich odkrywcy, amerykańskiego fizyka Jamesa Alfreda Van Allena (1914-2006; pisownia “pasy van Allena” jest błędna – nazwisko Van Allen zapisuje się zgodnie z konwencją amerykańską, nie konwencją języka niderlandzkiego). James Van Allen przewidział teoretycznie istnienie pasów, co potwierdziły następnie badania możliwie dzięki Explorerowi 1, pierwszemu amerykańskiemu sztucznemu satelicie Ziemi. Explorer 1 wystrzelony został w związku z obchodami Międzynarodowego Roku Geofizycznego (1957-1958). James Van Allen był również uczonym, który przeprowadził najważniejsze analizy danych dostarczonych przez Explorera 1, które związane były z pasami Van Allena. W Związku Radzieckim odkrycie pasów Van Allena, lub przynajmniej pasa wewnętrznego, przypisywano Siegiejowi Wiernowowi. Do kolejnych badań nad pasami van Allena przyczyniły się także kolejne satelity Explorer, satelity NASA w ramach misji Van Allen Probes (od 2012 – odkrycie tymczasowego trzeciego pasa) oraz radzieckie satelity z serii Elektron.

Obszar, w którym znajdują się pasy radiacyjne nazwano magnetosferą, co stanowi pojęcie kontrastujące wobec atmosfery – zjawiska magnetyczne związane z Ziemią wykraczają poza zasięg atmosfery i nie wiążą się bezpośrednio ze zjawiskami atmosferycznymi. Cząstki o wysokich energiach, które tworzą pasy Van Allena, znajdują się w ruchu – poruszają się wzdłuż linii równoległych do linii pola magnetycznego Ziemi. Linie te przechodzą od obszaru ponad równikiem do obszarów bliskich biegunowi południowemu i północnemu biegunowi geograficznemu. Nie łączą jednak ze sobą biegunów geograficznych, ale położone blisko nich bieguny magnetyczne Ziemi. Położenie biegunów magnetycznych jest przy tym zmienne, w dziejach Ziemi ulegało nawet odwróceniu. Także równika magnetycznego nie należy utożsamiać z równikiem magnetycznym. Równik magnetyczny (aklina), łączy punkty na powierzchni Ziemi o zerowej inklinacji magnetycznej.

Oprócz dwóch głównych pasów Van Allena, formują się także inne, niestałe pasy radiacyjne Ziemi. W 2012 roku sondy kosmiczne NASA badające pasy Van Allena wykryły formowanie się trzeciego, znajdującego się pomiędzy znanymi do tej pory. Trzeci pas zanikł wraz z pasem zewnętrznym kilka tygodni po uformowaniu się, pas zewnętrzny wkrótce uformował się jednak ponownie.

Oddziaływania cząstek naładowanych w pasach Van Allena powodują czasowe zakłócenia pola magnetycznego Ziemi. Określa się je jako “burze magnetyczne”.

Wewnętrzny i zewnętrzny pas Van Allena

Wewnętrzny pas Van Allena składa się głównie z protonów, zawiera jednak także znaczne ilości elektronów. Znajduje się w odległości od 0,2 do 2 promieni Ziemi licząc od jej powierzchni (a więc od około 1000 do około 12000 kilometrów). Jego położenie tylko nieznacznie zmienia się w czasie. Uważa się, że uwięzione w nim cząsteczki naładowane energetycznie powstają pod wpływem oddziaływania promieniowania kosmicznego na atomy występujące w najwyższych warstwach atmosfery. Występuje w nim energia protonów rzędu 100 MeV i energia elektronów wynosząca ok. 1 MeV.

Zewnętrzny pas Van Allena składa się głównie z elektronów. Znajduje się w odległości od 2 do 10 promieni Ziemi licząc od jej powierzchni (a więc od około 12000 do około 65000 kilometrów). Elektrony w zewnętrznym pasie van Allena pochodzą nie tylko z zewnętrznych warstw atmosfery, ale także z wiatru słonecznego. Wiatr słoneczny to strumień naładowanych elektrycznie cząstek, które w przestrzeń międzyplanetarną napływają z korony słonecznej. Cząstki te schwytane są w pułapkę przez pole elektromagnetyczne Ziemi. Energia protonów w pasie zewnętrznym jest rzędu dziesiątków MeV, elektronów nie przekracza natomiast 0,1 MeV.

Z zewnętrznym pasem Van Allena wiąże się zjawisko zorzy polarnej. Jest to zjawisko świetlne dostrzegalne w okolicach pól magnetycznych Ziemi (głównie za kołami podbiegunowymi). Zjawisko to występuje w momentach intensywnych rozbłysków Słońca, z których pochodzi wysokoenergetyczna faza wiatru słonecznego.

Pas wewnętrzny znajduje się najbliżej powierzchni Ziemi na obszarze równikowym, w okolicach wybrzeża Brazylii. Tworzy się w ten sposób zjawisko określane jako anomalia południowoatlantycka, które wywiera niekorzystny wpływ na funkcjonowanie teleskopów kosmicznych oraz stwarza zagrożenie dla statków kosmicznych i sztucznych satelitów.


Dodaj komentarz