Strålingsbælte

Det kraftige strålingsbælte af Jupiter i tværsnit, som rumsonden Juno forsøger at omgå

En stråling bælte er en ring ( torus ) af højenergi ladede partikler i rummet , der er fanget af magnetfeltet af et himmellegeme, dens magnetosfære .

Den første forudsagte og bedst studerede strålingsbælter, Van Allen-bælterne på jorden , opkaldt efter James Van Allen , som har vist ham. Dybest set har alle himmellegemer, der har et tilstrækkeligt stærkt og stabilt globalt magnetisk dipolfelt, sandsynligvis et eller flere strålingsbælter. I solsystemet er planeten med det stærkeste strålingsbælte langtfra gasgiganten Jupiter . Jupiters magnetfelt er omkring 20 gange stærkere end Jordens magnetfelt. Dens strålingsbælte er tusinder af gange stærkere end jordens og har den hårdeste ioniserende stråling i solsystemet.

Effekter

Partiklerne summende i strålingsbælter har høje hastigheder, op til nær lysets hastighed og tilsvarende høj energi. De er i stand til at skubbe elektroner ud af atomer eller molekyler . Dens virkning kan sammenlignes med den ioniserende stråling, der frigives under radioaktivt henfald , selvom den ikke har nogen radioaktiv årsag. Det kan beskadige de elektroniske af raketter , rumsonder , satellitter og andre objekter og kan genetisk skade , make syg og dræbe levende organismer . Af denne grund skal strålingsbælter enten flydes rundt i rumrejser , opholdet i dem skal holdes så kort som muligt for at begrænse strålingseksponeringen , eller det er nødvendigt med særlig stærk strålingsbeskyttelse .

Imidlertid har strålingsbælter også en vis beskyttende virkning på planeten. I 2014 blev resultaterne af en NASA- undersøgelse offentliggjort, hvorefter strålingsbæltet og jordens plasmakugle fungerer som en barriere, der næsten er uigennemtrængelig for højenergielektroner fra rummet.

Hvis strålingsbælter er særligt stærke, kan de reagere med den øvre atmosfære, og planeturene producerer.

Strålingsbælter kan også udsende ikke-ioniserende og elektromagnetisk stråling, der stadig kan måles i stor afstand fra planeten.

Variabilitet og zoner

Denne video viser variationen i Van Allen-bæltet

Strålingsbælter har ofte flere separate strålingszoner, delvis ovale i form eller konkave-konvekse som bogstavet C eller et cykeldæk , hver med forskellige karakteristiske partikler, så man også kan tale om flere strålingsbælter.

I praksis er strålingsbælter på ingen måde ensartede og konstante, som idealiseret grafik antyder. Himmelskroppe er ikke perfekte dipoler. Planetens asymmetriske og variable magnetfelt påvirker strålingsbæltets form og styrke. På jorden har magnetosfæren for eksempel en buler i det sydlige Atlanterhav ud for Brasiliens kyst . Der er den sydatlantiske anomali , hvor atmosfæren har partikelstråling, der er flere størrelsesordener højere.

Derudover bliver strålingsbælter større og mindre, stærkere og svagere under interaktionen mellem den variable stjernevind og den ligeledes variable kosmiske stråling med magnetosfæren, danner yderligere strålingszoner og mister dem igen. Magnetiske storme har en særlig intens effekt på strålingsbælter. Disse variationer i magnetosfærens nær-jord-område kaldes også rumvejr .

Fremkomst

Indtil 2013 blev det antaget, at højenergipartiklerne (gratis protoner og elektroner ) i Van Allen-bæltet primært stammer fra solvinden og de kosmiske stråler og fanges af jordens magnetfelt . I 2013 brugte forskere imidlertid sonder til at finde ud af, at en stor del af partiklerne i selve Van Allen-bæltet er skabt af atomerne der bliver revet fra hinanden af elektromagnetiske felter og derved frigiver elektroner.

De ioniserede og således ladede partikler afbøjes i magnetfeltet som et resultat af Lorentz-kraften . De følger de magnetiske feltlinier på spiral stier. Så snart de kommer tæt på polerne , hvor feltlinjerne indsnævres, afbøjes de i den modsatte retning. På denne måde låses partiklerne i en magnetisk flaske og svinger frem og tilbage mellem polerne på planeten i høj hastighed. I Jordens Van Allen-strålingsbælte er oscillationsperioden for partiklerne omkring et sekund. Set globalt er partiklernes bevægelse kaotisk.

Kendte strålingsbælter

Jordens strålingsbælte

Partikeltæthed i Van Allen-bælterne (over: protoner, nedenunder: elektroner)

Jordens strålingsbælte blev opdaget i 1958 med Explorer 1- satellitten . Den har en gennemsnitlig stråling på 600  mSv / h .

Til dato er der opdaget tre strålingsbælter på jorden. Det "indre strålingsbælte" domineret af protoner har signifikant stærkere stråling end det "ydre strålingsbælte" domineret af elektroner. Den tredje, endnu længere ude, var midlertidigt tilgængelig i september 2012 og blev derefter opløst igen.

Ved bestemmelse af kredsløbene til jordsatellitter og rumstationer skal strålingsbælterne tages i betragtning. Geostationære satellitter kredser i en højde, der er omtrent lig med den ydre kant af det ydre strålingsbælte. Afhængig af variationen i strålingsbæltet udsættes de derfor gentagne gange for markant forøget stråling. Den internationale rumstation kredser derimod jorden i en højde af ca. 400 km, dvs. under det indre strålingsbælte.

I 2011 demonstrerede Pamela-eksperimentet , at der er en ophobning af antimateriale i jordens indre strålingsbælte .

Jupiters strålingsbælte

Jupiters nordlige nordlys genereret af strålingsbæltet. Du kan se den vigtigste aurora ovale, andre polære ovaler, transpolære emissioner og glødende pletter, der skyldes samspillet mellem strålingsbæltet og Jupiters måner

Jupiters magnetfelt er den største sammenhængende struktur i solsystemet efter heliosfæren . Den strækker sig omkring syv millioner kilometer i retning af solen og i den modsatte retning i form af en lang hale omkring Saturnens bane . Dens strålingsbælte er tilsvarende stort. Samlet set er dette mindre afhængig af solvinden og er stærkt påvirket af Jupiters måner og deres indflydelse på Jupiters magnetfelt, især indeni . Det skaber permanente svingende nordlys på begge poler af gasgiganten.

Jupiters strålingsbælte har så hård stråling, at solceller ikke kan bruges i det. Pioneer 10- sonden målte stråling på op til 13 millioner højenergielektroner / cm³, op til 500 millioner lavenergielektroner / cm³ og op til 4 millioner protoner / cm³. Det er cirka 5000 gange hårdere stråling end i Van Allen Belt. I alt absorberede sonden en strålingsdosis på 5000 Grå under passagen . Det er cirka tusind gange den dødbringende dosis for et menneske.

Jupiter har en omgivende ring af magnetosfærisk plasma, der roterer med planeten. Trykket fra dette plasma tårer konstant gas fra månens atmosfærer (især Io ), og denne gas er igen en vigtig kilde til det roterende plasma. Langs Ios 'bane er der en separat plasmaforus, som fundamentalt påvirker magnetosfæren og dermed også Jupiters strålingsbælte. Under vulkanudbrud på Io er der også stærke plasmabølger, der kan modtages, da Jupiter brister i kortbølgeområdet. De lyder som surfbølger eller flagrende flag i vinden.

Stærke radiobølger stammer også konstant fra Jupiters strålingsbælte med frekvenser fra flere kilohertz til det tocifrede megahertz-interval. Afhængig af bølgelængden skelnes der mellem jovisk kilometrisk stråling (KOM) , hektometrisk stråling (HOM) eller decametrisk stråling (DAM) . Det meste af denne stråling genereres nær aurorerne ved hjælp af en mekanisme kaldet Cyclotron Maser ustabilitet . Radio- og partikelstrålingen fra Jupiter er stærkt moduleret af dens rotation, hvilket får Jupiter til at ligne en meget lille pulsar .

Ud over den relativt langbølgede radiostråling udsender Jupiter også synkrotronstråling . Dette er bremsstrækningen af elektronerne fanget i det indre strålingsbælte, som bevæger sig med en relativistisk hastighed.

Flere strålingsbælter

Saturns strålingsbælte

Saturns strålingsbælter er signifikant svagere end Jupiters, kun omtrent de samme som jordens, selvom dens magnetfelt er væsentligt stærkere end Jorden. Dette skyldes, at energiske partikler absorberes af Saturns måner og af korpuskulært materiale, der kredser om planeten.

Saturnus stærkeste strålingsbælte er placeret mellem den indre kant af gastorus af Enceladus og den ydre kant af A-ringen ved 2.3 Saturn radier . Det er stærkt påvirket af interplanetariske vindvindforstyrrelser. Det andet kendte strålingsbælte fra Saturn, som blev opdaget af Cassini- sonden i 2004, ligger umiddelbart uden for den inderste D-ring. I modsætning til Jupiters strålingsbælter udsender Saturns strålingsbælter næppe mikrobølgestråling, som Jorden kunne registrere. Men de er stærke nok til at klare overfladerne af ice måner og at rive stof, såsom vand og oxygen fra dem.

Uranus og Neptun har svagere strålingsbælter.

På trods af sit stærke magnetfelt har kviksølv ikke et strålingsbælte, fordi det er for tæt på solen, og solvinden når direkte til overfladen. Venus , Mars og Jordens måne har ingen strålingsbælter, fordi deres magnetfelt er for svagt og / eller ikke-rettet.

Kunstigt strålingsbælte

I 1958 demonstrerede det amerikanske militær med den hemmelige operation Argus , at det er muligt at skabe et kunstigt strålingsbælte ved hjælp af atombomber detoneret i rummet . De detonerede tre atombomber i højder på 200 km, 240 km og 540 km over det sydlige Atlanterhav. Dette skabte kunstige elektronbælter, der varede i et par uger. Det blev antaget, at sådanne kunstige strålingsbælter kunne bruges til taktiske formål i tilfælde af krig.

Individuelle beviser

  1. ↑ Wilhelm Raith: Jord og planeter . Walter de Gruyter, 2001, ISBN 978-3-11-019802-7 , s. 573 ( books.google.de ).
  2. ^ NASAs Juno-rumfartøj til risiko for Jupiters fyrværkeri for videnskab. I: nasa.gov. NASA / JPL, adgang til 29. juni 2016 .
  3. Ly Holly Zell: Van Allen Probes Spot på uigennemtrængelig barriere i rummet. I: nasa.gov. 12. februar 2015, adgang til 30. juni 2016 .
  4. ↑ Baggrund: Indfangede partikelstrålingsmodeller. I: oma.be. www.spenvis.oma.be, adgang til 29. juni 2016 .
  5. ^ Videnskab - Elektronacceleration i hjertet af Van Allen-strålingsbælterne af GD Reeves et. alle. Science, 25. juli 2013, adgang til 26. juli 2013 .
  6. ↑ Van Allen bælte: Forskere løse mysteriet om jordiske stråling ringe spiegel.de, adgang juli 27, 2013
  7. ↑ David P. Stern, Mauricio Peredo: Udforskningen af ​​jordens magnetosfære . NASA / GSFC. Hentet 27. september 2013.
  8. ↑ R. Dilao, R. Alves Pires: Kaos i Stormer problemer . I: Birkhäuser Verlag Basel (red.): Fremskridt i ikke-lineære differentialligninger og deres anvendelser . 75, 2007, s. 175-194. doi : 10.1007 / 978-3-7643-8482-1_14 .
  9. Ad Oscar Adriani, (et al.): Opdagelsen af ​​geomagnetisk fangede kosmiske stråle-antiprotoner. I: The Astrophysical Journal Letters. Bind 737, nr. 2, 2011, doi: 10.1088 / 2041-8205 / 737/2 / L29 , s. 1–5 ( fortrykt artikel på arXiv.org; 126 kB ).
  10. ↑ Bhardwaj, A.; Gladstone, GR (2000). Auroral emissioner fra de kæmpe planeter (PDF). Anmeldelser af geofysik 38 (3): 295-353. bibcode : 2000RvGeo..38..295B . doi: 10.1029 / 1998RG000046
  11. ↑ Strålingseksponering fra satellitter og rumfølere. I: bernd-leitenberger.de. www.bernd-leitenberger.de, adgang til 30. juni 2016 .
  12. ↑ Andre, N.; Blanc, M.; Maurice, S.; et al. (2008). Identifikation af Saturns magnetosfæriske regioner og tilknyttede plasmaprocesser: Synopsis af Cassini-observationer under kredsløbsindsættelse , s. 10-11. Anmeldelser af geofysik 46 (4): RG4008. bibcode : 2008RvGeo..46.4008A . doi: 10.1029 / 2007RG000238
  13. ↑ Zarka, Phillipe; Lamy, Laurent; Cecconi, Baptiste; Prangé, René; Rucker, Helmut O. (2007). Modulation af Saturns radiour ved solvindhastighed , s. 384–385. Natur 450 (7167): 265-267. bibcode : 2007Natur.450..265Z . doi: 10.1038 / nature06237 . PMID 17994092
  14. ↑ Paranicas, C.; Mitchell, DG; Krimigis, SM; et al. (2007). Kilder og tab af energiske protoner i Saturns magnetosfære . Icarus 197 (2): 519-525. bibcode : 2008Icar..197..519P . doi: 10.1016 / j.icarus.2008.05.011
  15. ↑ Wilhelm Raith: Jord og planeter . Walter de Gruyter, 2001, ISBN 978-3-11-019802-7 , s. 595 ( books.google.de ).
  16. ↑ Planet Mercury - En lille, varm og kold verden. goerlitzer-sternfreunde.de, arkiveret fra originalen den 16. juni 2009 ; Hentet 6. oktober 2009 .
  17. ↑ Rapport DNA 6039F: Operation Argus 1958 . I: Nuclear Test Personnel Review . Forsvars nukleare agentur . 1982. Hentet 8. juni 2016.