חגורות ואן אלן

חגורות ואן אלן

חגורות ואן אלן הן סדרה של חגורות חלקיקים טעונים במטען חשמלי, המקיפות את כדור הארץ והמצויות באזור המגנטוספירה. האינטראקציה של החלקיקים עם האטמוספירה גורמת לתופעת זוהר הקוטב.

אפשרות קיומן של החגורות נידונה בתחילת המאה ה־20 והן התגלו בפועל בשנת 1958 על ידי ג'יימס ואן אלן, אשר התקין גלאיי קרינה על גבי לווייני המחקר אקספלורר 1 ואקספלורר 3.

הגבול התחתון של החגורות הוא במרחק של 200–1,000 קילומטר מעל פני כדור הארץ, וגבולן העליון נמצא בסביבות 44,000 קילומטר (7 פעמים רדיוס כדור הארץ. רדיוס כדור הארץ יסומן בהמשך ב־$R_{\mbox{E}}$).

שתי גששות נאס"א בשם "גששות הסערה בחגורת הקרינה" (Radiation Belt Storm Probes), שוגרו בתחילת שנת 2012, וחקרו את אוכלוסיות החלקיקים בחלל, ההיווצרות והשינוי שלהן בהתאם לפעילות השמש ורוח השמש.

הרכב החגורות

מערכת חגורות ואן אלן מורכבת משתי חגורות - החגורה החיצונית וחגורה פנימית, כאשר בין החגורות מרווח ברוחב אלפי קילומטרים. החגורה הפנימית מתחילה במרחק של כ־700 קילומטר ונגמרת במרחק של כ־10,000 קילומטר מפני כדור הארץ (שיא הקרינה במרחק של כ־1 $R_{\mbox{E}}$ מפני כדור הארץ), והיא מורכבת ברובה מפרוטונים בעלי אנרגיה של יותר מ־100 מגה אלקטרון וולט ואלקטרונים בעלי אנרגיה של מאות קילו אלקטרון וולט. החגורה החיצונית משתרעת במרחק של 3–7 $R_{\mbox{E}}$ מפני כדור הארץ (שיא הקרינה במרחק של כ־4 $R_{\mbox{E}}$), מורכבת בעיקר מאלקטרונים בעלי אנרגיה של 0.1 עד 10 מגה אלקטרון וולט, וכן כמות קטנה יחסית של יונים. החגורה החיצונית רחבה בהרבה מהפנימית, אוכלוסיית החלקיקים שלה יציבה פחות ומושפעת מסערות גאומגנטיות.

מקור התופעה

לכל אחת משתי חגורות ואן־אלן מקור משלה. מקורם של הפרוטונים בחגורה הפנימית היא דעיכתם של נייטרונים, הנוצרים בפגיעת קרינה קוסמית בשכבות העליונות של האטמוספירה. החגורה החיצונית מקורה בחלקיקים מהשובל המגנטי, אשר נלכדים בחגורה בעת סערות גאומגנטיות. החלקיקים בחגורות נעים בו־זמנית מסביב לקווי השדה המגנטי של כדור הארץ ולאורך קויים אלה, בתנועה דמוית ספירלה. כאשר מתקרבים החלקיקים לכדור הארץ, השדה המגנטי החזק באזור גורם להאטת תנועתם עד לעצירה ותחילת התנועה בכיוון ההפוך. כך נעים החלקיקים בין קצוות החגורה, הנמצאים ליד הקטבים, והם לכודים למעשה בתוך החגורה. הסיבה לקיום הפער בין החגורות היא כנראה גלים בעלי תדירות נמוכה מאוד (מ־3 עד 30 קילו־הרץ), שמפזרים את החלקיקים באזור זה בזוויות הגורמות, בסופו של דבר, לבליעת החלקיקים באטמוספירה. מקורם של גלים אלה אינו ידוע בוודאות, אך לפי מחקר אחרון ייתכן כי מקורם בברקים אשר נוצרים באטמוספירה.

סכנה לאדם בחלל

ממדי אנומליה דרום־אטלנטית בגובה 500 קילומטר

הקרינה בחגורות מסוכנת, גם לאדם וגם לציוד רגיש, כגון תאים סולריים, גלאים ומעגלים משולבים. החלקיקים בחגורות מסוגלים לחדור כ־1 גרם לסמ"ר (g/cm²) של הגנה - למשל, 1 מילימטר של עופרת. בשנת 1962, בעקבות הניסוי הגרעיני האמריקני "Starfish prime", רמת הקרינה בחגורות עלתה זמנית, דבר שהשבית את פעילותם של מספר לויינים. האסטרונאוטים אשר השתתפו בטיסות המאוישות במסגרת תוכנית אפולו, נמצאו באזור החגורות במשך פרקי זמן קצרים ולכן נחשפו לכמות קרינה מוגבלת, אך אין ספק כי טיסות מאוישות נוספות למרחקים גדולים ידרשו אמצעי מיגון מתוגברים.

האזור בו חגורת ואן אלן הפנימית הכי קרובה לכדור הארץ מכונה "אנומליה דרום־אטלנטית" (South Atlantic Anomaly). באזור זה, נחשפים הלויינים לכמות קרינה גדולה במיוחד, ולכן רבים מהם, כגון טלסקופ החלל האבל, מכבים את הגלאים שלהם בעת המעבר באזור זה.

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא חגורות ואן אלן בוויקישיתוף

• אלקטרונים קטלניים בחלל, הידען

ערך זה מוגש באדיבות ויקיפדיה העברית, תחת רשיון ייחוס שיתוף זהה (CC BY-SA 3.0). (הדף המקורי, רשימת התורמים)
הערך בוויקיפדיה גדול מערך זה ב +4646 תווים

לעדכון מוויקיפדיה, לחץ כאן.

רענן נתונים