ЖЕРДІҢ РАДИАЦИЯЛЫҚ БЕЛДЕУЛЕРІ – Жердің магнит өрісі энергиясы ондаған кэВ-тан жүздеген МэВ-ке дейінгі кинетикалық энергиясы болатын зарядталған бөлшектерді (протондарды, электрондарды, альфа-бөлшектерді және едәуір ауыр химиялық элементтердің ядроларын) ұстайтын Жер магнитсферасының ішкі аймағы. Зарядталған бөлшектердің Жердің радиациялық белдеулерінен тысқары шығып кетуіне геомагниттік өрістің күш сызықтарының ерекше пішіні кедергі жасайды, яғни зарядты бөлшектердің тұтқышы ретінде әсер етеді.
|
1-сызба. Геомагниттік тұтқыш (а) ұстаған зарядты бөлшектердің қозғалысы. Бөлшектер Жердің (б) магнит өрісінің күш сызықтарының бойымен қозғалады және бір мезгілде бойлық бойынша ығатын болады. |
күш сызықтары бойынша бір тербелісті ~0,3 секундта жасап үлгереді. Осындай протондар геомагниттік тұтқышта 100 |
Жердің радиациялық белдеуі 1958 жылы ашылған. Ішкі белдеуді американ физигі Дж.Ван Аллен жетекшілік еткен топ, ал сыртқы белдеуді кеңес физиктері Сергей Вернов (1910 – 1982) пен Александр Чудаков (1921 — 2001) ашқан. Жердің радиациялық белдеулеріндегі бөлшектер ағыны Жер серігіне орнатылған Гейгер санауышымен тіркелген. Жердің магнит өрісінде магниттік тұтқыштардың болу мүмкіншілігін 1913 жылы норвег геофизигі К.Стермер, 1950 жылы швед физигі Ханнес Альфвен (1908 – 1995) алғаш ескерткен. Тек Жер серігінде орнатылған аспаптар ғана жоғары энергиялы бөлшектермен толған тұтқыштардың болатынын анықтаған. Жердің магниттік тұтқышында ұсталған бөлшектер Лоренц күшінің әсерінен күрделі қозғалыс жасайды. Бұл қозғалыс спирал траекториясы бойынша Солтүстік жарты шардан Оңтүстік жарты шар арасындағы магнит өрісінің күш сызықтары бойымен қозғалады да, керісінше баяу қозғалатын болады (1-сызба). Бөлшектер спирал бойымен магнит өрісі артатын бағытқа қарай (Жерге жақындағанда) қозғалғанда, спиралдың радиусы мен адымы кемиді. Бөлшектердің жылдамдық векторлары шамалары бойынша өзгерместен өрістің бағытына перпендикуляр жазықтыққа жақындайды. Соңынан бөлшектер кез келген нүктеде (айналық деп аталатын) «шағылысатын» болады. Олар екінші Жарты шардағы түйіндес айналық нүктеге қарай жылжи бастайды. ~100 МэВ энергиялы протон Солтүстік жарты шардан Оңтүстік жарты шарға қарай магнит өрісінің
жылға (~3·109 секунд) дейін («өмір сүру» уақыты) дейін ұсталып, осы уақыт аралығында 1010-ға дейін тербеліс жасай алады. Ендік бойымен ығуы (дрейфі) едәуір аз жылдамдықпен өтеді. Бөлшектер энергиясына тәуелді түрде Жердің төңірегін бірнеше минуттан бір тәулікке дейінгі уақыт аралығында толық бір рет айналып шығады. Оң иондар батыс бағытқа, ал электрондар – шығыс бағытқа қарай ығады.
Жердің радиациялық белдеулері әдетте і ш к і және с ы р т қ ы белдеулерге ажыратылады. І ш к і б е л д е у д е г і протондардың энергиясы өте жоғары (20-дан 800 МэВ-ке дейін) болады (2-сызба). Ішкі белдеудегі электрондардың энергиясы 20 – 40 кэВ-тан 1 МэВ-қа дейін жетеді. Ішкі белдеудің төменгі шекарасында (жерден 200 – 300 км биіктікте) бөлшектер атомдармен және газ атомдарының молекулаларымен жиі-жиі соқтығысып, атмосферада шашырап және «жұтылып» өз энергиясын жоғалтады.
Сыртқы белдеудегі электрон- дардың энергиясы 40 – 100 кэВ, бөлшектердің «өмір сүру» уақыты 105 – 107 секунд. Күн активтілігі артқан кезде сыртқы белдеудегі электрондардың энергиясы 1 МэВке дейін, кейде одан да жоғары шамаға артатын болады. Аз энергия-
2-сызба. Жердің радиациялық белдеуінің құрылымы:
I – ішкі белдеу; II – аз энергиялы протондар белдеуі; лы протондар белдеуінің энергиясы
III – сыртқы белдеу; IV – квазиқармау аймағы ~0,03 – 10 МэВ. Сыртқы белдеу мен аз энергиялы протондар белдеулері Жерге 50 – 60° ендікте (200 – 300 км биіктікте) жақындайды.
Атмосфераның атомдары мен молекулаларының жылулық қозғалыстарының орташа энергиясынан едәуір асатын энергиялы қармалған бөлшектердің пайда болуының бірнеше себебі бар. Олар: Жер атмосферасында ғарыштық сәулелер тудырған нейтрондардың ыдырауы (пайда болған протондар Жердің радиациялық белдеуін толтырады); белдеу ішінде электрондардың қатысуына себепші болатын геомагниттік ұйытқу кезінде белдеуге бөлшектер «толтыру»; магнитсфераның сыртқы аймағынан ішкі аймаққа күн сәулелік табиғатты бөлшектерді үдете және баяулата ауыстыру (сыртқы белдеу электрондары және аз энергиялы протондар белдеуі осылай толтырылады) болып табылады 3-сызба. Жер магнитсферасының құрылысы. Жебелі сызықтармен күн желі бөлшектерінің (3-сызба). Күн желінің бөлшектерінің магнитсфераға ену аймағы көрсетілген. де Жердің радиациялық белдеуіне енуі мүмкін. Жердің радиациялық белдеуіне ішінара күннің ғарыштық сәулелерінің протондары мен электрондарының да қармалып магнитсфераның ішкі аймағына енуі әбден мүмкін. Жердің радиациялық белдеуін негізінен энергиясын иондауға шығындаған бөлшектер тастап шығады (осы себеп протондардың белдеу ішіндегі магниттік тұтқыштан ~109 секундта шығып кетуіне ықпал етеді).
Жердің радиациялық белдеулері Жер төңірегіндегі кеңістікте ұзақ уақыт ұшуға қауіп-қатер төндіреді. Аз энергиялы протондар ағыны күн батареяларын істен шығарады, жұқа оптикалық қабаттарды күңгірттендіреді. Ішкі өрісте ұзақ уақыт болу жоғары энергиялы протондардың әсерінен ғарыштық кеме ішіндегі ғарышкерлердің денсаулығына әсер етуі мүмкін. Радиациялық белдеулер Жерден өзге де планеталарда Меркурий, Юпитер және Сатурнде, т.б. планеталарында да кездеседі.