Der Strahlenriemen von Van Allen ist ein Ring von energischen beladenen Partikeln (Plasma) um die Erde, die im Platz durch das magnetische Feld der Erde gehalten wird. Es wird gedacht, dass die meisten Partikeln, die die Riemen bilden, aus dem Sonnenwind und den anderen Partikeln durch kosmische Strahlen kommen. Es wird nach seinem Entdecker, James Van Allen genannt, und wird im inneren Gebiet des magnetosphere der Erde gelegen. Es wird in zwei verschiedene Riemen mit energischen Elektronen gespalten, die den Außenriemen und eine Kombination von Protonen und Elektronen bilden, die die inneren Riemen bilden. Außerdem enthalten die Strahlenriemen kleinere Beträge anderer Kerne wie Alphateilchen. Die Riemen stellen eine Gefahr für Satelliten auf, die ihre empfindlichen Bestandteile mit der entsprechenden Abschirmung schützen müssen, wenn ihre Bahn bedeutende Zeit in den Strahlenriemen verbringt.

Entdeckung

Vor dem Weltraumzeitalter war die Möglichkeit von gefangenen beladenen Partikeln von Kristian Birkeland, Carl Stormer und Nicholas Christofilos untersucht worden. Die Existenz des Riemens wurde vom Forscher 1 und Forscher 3 Missionen Anfang 1958 unter Dr James Van Allen an der Universität Iowas bestätigt. Die gefangene Radiation wurde zuerst vom Forscher 4, Pionier 3 und Luna 1 ausgearbeitet.

Der Begriff Riemen von Van Allen verweist spezifisch auf die Strahlenriemen Umgebungserde; jedoch sind ähnliche Strahlenriemen um andere Planeten entdeckt worden. Die Sonne selbst unterstützt langfristige Strahlenriemen nicht, weil sie an einem stabilen, globalen Dipolfeld Mangel hat. Die Atmosphäre der Erde beschränkt die Partikeln der Riemen auf Gebiete oben 200-1.000 km, während die Riemen vorige 7 Erdradien R nicht erweitern. Die Riemen werden auf ein Gebiet beschränkt, das ungefähr 65 ° vom himmlischen Äquator erweitert.

Forschung

Eine kommende Mission von NASA, Radiation Belt Storm Probes (RBSP), wird weiter gehen und das wissenschaftliche Verstehen (zum Punkt der Voraussagbarkeit) von wie Bevölkerungen von relativistischen Elektronen und Ionen in der Raumform oder Änderung als Antwort auf Änderungen in der Sonnentätigkeit und dem Sonnenwind gewinnen.

Die RBSP Mission steht zurzeit für 2012 auf dem Plan. Die primäre Mission steht auf dem Plan, um 2 Jahre mit expendables zu dauern, der angenommen ist, seit 4 Jahren zu dauern. Das Raumflugzentrum von Goddard der NASA führt das gesamte Leben Mit einem Sternprogramm, dessen RBSP ein Projekt zusammen mit Solar Dynamics Observatory (SDO) ist. Das Angewandte Physik-Laboratorium ist für die gesamte Durchführung und das Instrument-Management für RBSP verantwortlich.

Strahlenriemen von Van Allen bestehen wirklich auf anderen Planeten im Sonnensystem, wann auch immer ein Planet oder Mond ein magnetisches Feld haben, das stark genug ist, um einen Strahlenriemen zu stützen. Jedoch sind viele dieser Strahlenriemen schlecht kartografisch dargestellt worden. Das Reisender-Programm (nämlich Reisender 2) hat nur nominell die Existenz von ähnlichen Riemen auf Uranus und Neptun bestätigt.

Außenriemen

Der große Außenstrahlenriemen streckt sich von einer Höhe von ungefähr drei bis zehn Erdradien (R) oder um 13,000 bis 60,000 Kilometer über der Oberfläche der Erde aus. Seine größte Intensität ist gewöhnlich ungefähr 4-5 R. Der Außenelektronstrahlenriemen wird größtenteils durch die innerliche radiale Verbreitung und lokale Beschleunigung wegen der Übertragung der Energie von Pfeifer-Weise-Plasmawellen bis Strahlenriemen-Elektronen erzeugt. Strahlenriemen-Elektronen werden auch ständig durch Kollisionen mit atmosphärischem neutrals, Verlusten gegen magnetopause und der äußeren radialen Verbreitung entfernt. Der Außenriemen besteht hauptsächlich aus der hohen Energie (0.1-10 MeV) durch den magnetosphere der Erde gefangene Elektronen. Der gyroradii für energische Protone würde groß genug sein, um ihnen in den Kontakt mit der Atmosphäre der Erde zu bringen. Die Elektronen hier haben einen hohen Fluss und am Außenrand (in der Nähe vom magnetopause), wo geomagnetic in den geomagnetic "Schwanz" offene Feldlinien, Flüsse von energischen Elektronen auf die niedrigen interplanetarischen Niveaus innerhalb ungefähr 100 km (eine Abnahme durch einen Faktor 1,000) fallen können.

Die gefangene Partikel-Bevölkerung des Außenriemens wird geändert, Elektronen und verschiedene Ionen enthaltend. Die meisten Ionen sind in der Form von energischen Protonen, aber ein bestimmter Prozentsatz ist Alphateilchen und O Sauerstoff-Ionen, die denjenigen in der Ionosphäre ähnlich sind, aber viel energischer sind. Diese Mischung von Ionen weist darauf hin, dass Ringstrom-Partikeln wahrscheinlich aus mehr als einer Quelle kommen.

Der Außenriemen ist größer, als der innere Riemen und seine Partikel-Bevölkerung weit schwanken. Energisch (Radiation) können Partikel-Flüsse zunehmen und drastisch demzufolge Geomagnetic-Stürme abnehmen, die selbst durch magnetische Feld- und durch die Sonne erzeugte Plasmastörungen ausgelöst werden. Die Zunahmen sind wegen sturmzusammenhängender Einspritzungen und Beschleunigung von Partikeln vom Schwanz des magnetosphere.

Es gibt Debatte betreffs, ob der Außenriemen vom USA-Forscher 4 oder der Sputnik von UDSSR 2/3 entdeckt wurde.

Innerer Riemen

Während Protone einen Strahlenriemen bilden, präsentieren gefangene Elektronen zwei verschiedene Strukturen, den inneren und Außenriemen. Das innere Elektron Van Allen Belt streckt sich normalerweise von einer Höhe 1.2 zu 3 Erdradien (L Werte von 1 bis 3) aus. In bestimmten Fällen, wenn Sonnentätigkeit stärker ist oder in geografischen Gebieten wie South Atlantic Anomaly (SAA), kann die innere Grenze zu um einige hundert Kilometer über der Oberfläche der Erde hinuntergehen. Der innere Riemen enthält hohe Konzentrationen von Elektronen im Rahmen Hunderte von keV und energischen Protonen mit Energien, die 100 MeV übertreffen, die durch das starke (hinsichtlich der Außenriemen) magnetische Felder im Gebiet gefangen sind.

Es wird geglaubt, dass Protonenenergien, die 50 MeV in den niedrigeren Riemen an niedrigeren Höhen übertreffen, das Ergebnis des Beta-Zerfalls von Neutronen sind, die durch kosmische Strahl-Kollisionen mit Kernen der oberen Atmosphäre geschaffen sind. Wie man glaubt, ist die Quelle von niedrigeren Energieprotonen Protonenverbreitung wegen Änderungen im magnetischen Feld während Geomagnetic-Stürme.

Wegen des geringen Ausgleichs der Riemen vom geometrischen Zentrum der Erde macht der innere Riemen von Van Allen seine nächste Annäherung an die Oberfläche an der Atlantischen Südanomalie.

Fluss-Werte

In den Riemen, an einem gegebenen Punkt, nimmt der Fluss von Partikeln einer gegebenen Energie scharf mit der Energie ab.

Am magnetischen Äquator, den Elektronen von Energien, die 500 keV (resp überschreiten. 5 MeV) haben Allrichtungsflüsse im Intervall von 1.2×10 (resp. 3.7×10) bis zu 9.4×10 (resp. 2×10) Partikeln pro Quadratzentimeter pro Sekunde.

Die Protonenriemen enthalten Protone mit kinetischen Energien im Intervall von ungefähr 100 keV (der eindringen kann, 0.6 Mikron der Leitung) zu mehr als 400 MeV (kann der in 143 Mm der Leitung eindringen).

Die meisten veröffentlichten Fluss-Werte für die inneren und Außenriemen können die maximalen wahrscheinlichen Flussdichten nicht zeigen, die in den Riemen möglich sind. Es gibt einen Grund für diese Diskrepanz: Die Flussdichte und die Position des Maximalflusses sind variabel (in erster Linie von der Sonnentätigkeit abhängend), und die Zahl des Raumfahrzeugs mit Instrumenten, die bemerken, dass der Riemen in Realtime beschränkt worden ist. Die Erde hat keinen Sonnensturm der Ereignis-Intensität von Carrington und Dauer erfahren, während Raumfahrzeuge mit den richtigen Instrumenten verfügbar gewesen sind, um das Ereignis zu beobachten.

Unabhängig von den Unterschieden der Fluss-Niveaus in den Inneren und Außenriemen von Van Allen würden die Beta-Strahlenniveaus Menschen gefährlich sein, wenn sie seit einer verlängerten Zeitspanne ausgestellt würden.

File:Ap8-omni-0.100MeV.png|AP8 MINUTE Allrichtungsprotonenfluss> =100keV

File:Ap8-omni-1.000MeV.png|AP8 MINUTE Allrichtungsprotonenfluss> =1MeV

File:Ap8-omni-400.0MeV.png|AP8 MINUTE Allrichtungsprotonenfluss> =400MeV

Antimaterie-Beschränkung

2011 hat eine Studie frühere Spekulation bestätigt, dass der Riemen von Van Allen Antiteilchen beschränken konnte. Das PAMELA-Experiment entdeckte Größenordnungen höhere Niveaus von Antiprotonen als wird vom normalen Partikel-Zerfall erwartet, während man den SAA durchführt. Das weist darauf hin, dass die Riemen von van Allen einen bedeutenden Fluss von Antiprotonen beschränken, die durch die Wechselwirkung der oberen Atmosphäre der Erde mit kosmischen Strahlen erzeugt sind. Die Energie der Antiprotone ist in der Reihe von 60 - 750 MeV gemessen worden.

Implikationen für die Raumfahrt

Missionen außer der niedrigen Erdbahn verlassen den Schutz des geomagnetic Feldes, und queren die Riemen von Van Allen durch. So müssen sie eventuell gegen die Aussetzung von kosmischen Strahlen, Radiation von Van Allen oder Sonnenaufflackern beschirmt werden. Das Gebiet zwischen zwei bis vier Erdradien liegt zwischen den zwei Strahlenriemen und wird manchmal die "sichere Zone" genannt.

Sonnenzellen, integrierte Stromkreise und Sensoren können durch die Radiation beschädigt werden. Stürme von Geomagnetic beschädigen gelegentlich elektronische Bestandteile auf dem Raumfahrzeug. Miniaturisierung und digitization der Elektronik und Logikstromkreise haben Satelliten verwundbarer für die Radiation gemacht, weil die Gesamtanklage in diesen Stromkreisen jetzt klein genug ist, um mit der Anklage von eingehenden Ionen vergleichbar zu sein. Die Elektronik auf Satelliten muss gegen die Radiation gehärtet werden, um zuverlässig zu funktionieren. Das Hubble Raumfernrohr, unter anderen Satelliten, ließ häufig seine Sensoren abdrehen, wenn es Gebiete der intensiven Radiation durchführt. Ein Satellit, der durch 3 Mm Aluminium in einer elliptischen Bahn (200 durch 20,000 Meilen) das Durchführen der Strahlenriemen beschirmt ist, wird ungefähr 2,500 rem (25 Sv) pro Jahr erhalten. Fast die ganze Radiation wird erhalten, während man den inneren Riemen passieren wird.

Die Astronauten von Apollo sind durch die Strahlenriemen von Van Allen unterwegs zum Mond gereist; jedoch wurde Aussetzung durch den folgenden eine Schussbahn entlang dem Rand der Riemen minimiert, die die stärksten Gebiete der Radiation vermieden haben. Wie man schätzte, war die Gesamtstrahlenaussetzung von Astronauten viel weniger als die fünf (5) rem, die von der amerikanischen Atomenergie-Kommission für Leute gesetzt sind, die mit der Radioaktivität arbeiten.

Ursachen

Es wird allgemein verstanden, dass sich die inneren und Außenriemen von Van Allen aus verschiedenen Prozessen ergeben. Der innere Riemen, hauptsächlich aus energischen Protonen bestehend, ist das Produkt des Zerfalls von so genannten "Rückstrahlvermögen"-Neutronen, die selbst das Ergebnis von kosmischen Strahl-Kollisionen in der oberen Atmosphäre sind. Der Außenriemen besteht hauptsächlich aus Elektronen. Sie werden vom geomagnetic Schwanz im Anschluss an Geomagnetic-Stürme eingespritzt, und werden nachher obwohl Wechselwirkungen der Welle-Partikel gekräftigt.

Im inneren Riemen,

Partikeln werden im nichtlinearen magnetischen Feld der Erde gefangen. Partikeln kreisen und kommen Feldlinien voran, die Energie in der Form der Gammastrahlung ausstrahlen.

Da Partikeln auf Gebiete der größeren Dichte von magnetischen Feldlinien stoßen, wird ihre "Längs"-Geschwindigkeit verlangsamt und kann umgekehrt werden, die Partikel widerspiegelnd, Energie und ausstrahlend

das Produzieren der Aurora borialis. Das veranlasst die Partikel, hin und her zwischen den Polen der Erde zu springen, seine ganze Energie verlierend. Allgemein ist die Bewegung davon gefangene Partikeln chaotisch.

Die Wirkung dieser planetarischen magnetischen Felder ist, Planeten vor der Weltraum-Radiation zu schützen.

Eine Lücke zwischen den inneren und Außenriemen von Van Allen, manchmal genannt sicheres sicheres oder Zonenablagefach, wird durch die Wellen von Very Low Frequency (VLF) verursacht, welche Streuungspartikeln im Wurf-Winkel, der auf den Gewinn von Partikeln zur Atmosphäre hinausläuft. Sonnenausbrüche können Partikeln in die Lücke pumpen, aber sie fließen wieder in einer Sache von Tagen ab. Wie man ursprünglich dachte, wurden die Funkwellen durch die Turbulenz in den Strahlenriemen erzeugt, aber die neue Arbeit von James Green von der NASA Raumflugzentrum-Vergleichen-Karten von Goddard der vom Mikrolaboratorium gesammelten Blitztätigkeit 1 Raumfahrzeug mit Daten auf Funkwellen in der Strahlenriemen-Lücke vom BILD-Raumfahrzeug weist darauf hin, dass sie wirklich durch den Blitz innerhalb der Atmosphäre der Erde erzeugt werden. Die Funkwellen, die sie erzeugen, schlagen die Ionosphäre im richtigen Winkel, um es nur an hohen Breiten durchzuführen, wo sich die niedrigeren Enden der Lücke der oberen Atmosphäre nähern. Diese Ergebnisse sind noch unter der wissenschaftlichen Debatte.

Es hat Kerntests im Raum gegeben, die künstliche Strahlenriemen verursacht haben. Seestern Erst, eine hohe Höhe Kerntest, hat einen künstlichen Strahlenriemen geschaffen, der beschädigt hat oder nicht weniger als ein Drittel der Satelliten in der niedrigen Erdbahn zurzeit zerstört hat.

Eliminierung

Die Riemen sind eine Gefahr für künstliche Satelliten und sind für Menschen gemäßigt gefährlich, aber sind schwierig und teuer, um dagegen zu beschirmen.

Der russische Physiker V.V. Danilov hat den Gebrauch einer Hochspannung vorgeschlagen, die Langen Haltestrick Umkreist, weil ein Potenzial bedeutet, den Strahlenriemen von hohen Energiepartikeln zu dränieren. Der Vorschlag schließt das Entfalten von hoch elektrisch beladenen Haltestricken von Satelliten in der Bahn ein. Beladene Partikeln innerhalb des Strahlenriemens, der auf diese Haltestricke stößt, würden durch ihre großen elektrostatischen Felder auf Pfade abgelenkt, die sich mit der Atmosphäre schneiden, wo sie harmlos zerstreut würden. Simulationen haben darauf hingewiesen, dass der innere Riemen zu 1 % seines natürlichen Elektronflusses innerhalb von zwei Monaten der Operation von HiVOLT dräniert werden konnte.

Siehe auch

• L-Schale
• Liste von künstlichen Strahlenriemen
• Liste von Plasma (Physik) Artikel
• Raumwetter

1. Holmes-Siedle, A. G. und Adams, L (2002), Handbuch von Strahleneffekten (Presse der Universität Oxford, England 2002). Internationale Standardbuchnummer 0 19 850733 X.
2. Adams, L., Harboe Sorensen, R., Holmes Siedle, A. G., Bezirk, A. K. und Stier, R. (1991), "Maß von SEU und Gesamtdosis in der geostationären Bahn unter normalen und Sonnenaufflackern-Bedingungen," IEEE Transaktionen auf der Kernwissenschaft, NS 38 (6), Seiten 1686-92 (Dez 1991)
3. Shprits, Y. Y., S. R. Elkington, N. P. Meredith und D. A. Subbotin (2008), "Rezension des Modellierens von Verlusten und der Quellen von relativistischen Elektronen in den Außenstrahlenriemen," J. Atmos. Sol. Terr. Phys. 70: Erster Teil, Radialer Transport, Seiten 1679-1693; zweiter Teil. Lokale Beschleunigung und Verlust, Seiten 1694-1713.

Außenverbindungen

• Eine Erklärung der Riemen
• Gefangene Partikel-Strahlenmodelle — Einführung in die Gefangenen Strahlenriemen.
• SPENVIS - Raumumgebung, Effekten, und Ausbildungssystem — Tor zur SPENVIS Augenhöhlendosis-Berechnungssoftware.
• Strahlenriemen-Sturm von NASA untersucht Mission