Dva neviditelné pásy, které svým tvarem připomínají typickou americkou koblihu, se nazývají van Allenovy radiační pásy. Slovo radiační se v jejich názvu objevuje proto, že obsahují velké množství nabitých částic. Družice Van Allen Probes, dříve nazývané RBSP, vypuštěné v srpnu 2012, se nyní postaraly o další zajímavý objev v této málo prozkoumané lokalitě. Z jejich měření vyšlo najevo, že kolem pásů je téměř neproniknutelná bariéra. Samozřejmě je neproniknutelná pouze pro subatomární částice. Brání například vysokoenergetickým elektronům aby dosáhly naší planety.
Množství nabitých částic v pásech samozřejmě kolísá – hlavně v závislosti na aktivitě Slunce, které do svého okolí neustále vyvrhuje nové a nové částice. Van Allen Probes nyní přinesly objev, který se poprvé objevil na konci listopadu v prestižním časopisu Nature. „Tato bariéra pro vysokoenergetické elektrony je pozoruhodnou součástí těchto pásů,“ říká Dan Baker, vědec z University od Colorado v Boulderu, který je hlavním autorem nové studie. „Poprvé v historii jsme schopní sledovat tyto jevy, protože nikdy dříve jsme neměli tak citlivé snímače pro vysokoenergetické elektrony,“ dodává.
Zdroj: http://cdn.ientry.com/
Pochopení toho, co formuje tvar radiačních pásů a co může ovlivnit změnu jejich velikosti, pomůže do budoucna odborníkům při snaze předvídat tyto změny. Takové předpovědi se mohou hodit třeba v případě nenadálých výronů koronární hmoty ze Slunce (tzv. CME). Technici pak budou lépe vědět, jak na tuto změnu radiační pásy zareagují a také jaký to bude mít dopad na satelity, které obíhají pod touto ochrannou vrstvou.
Van Allenovy pásy byly poprvé odhaleny hned na úsvitu kosmonautiky. Už první americký satelit, Explorer-1, vypuštěný v roce 1958, odhalil jejich existenci. Další výzkumy zpřesňovaly naše znalosti ohledně tvaru pásů a zjistilo se, že někdy mohou dokonce splynout v jeden velký pás, jindy se naopak rozdělí až do tří částí. Většinou ale vnitřní pás začíná cca. 650 km nad Zemí a končí 9 500 km vysoko. Vnější pás potom začíná ve výšce 13 500 km a končí 58 000 km nad Zemí.
Mezera oddělující oba pásy od sebe je ale velmi stabilní. Vědci si dlouho lámali hlavu, co udržuje pásy po většinu času oddělené a proč se v této oblasti neobjevují žádné elektrony. Data z Van Allen Probes ukazují, že vnitřní okraj vnějšího pásu je hodně výrazný. Pro rychlé, vysokoenergetické elektrony je tento okraj ostrou hranicí, kterou za normálních podmínek elektrony nedokáží překonat. Vědci z objevu neskrývají překvapení. „Tohle je úplná novinka, určitě jsme nic takového předtím neočekávali,“ říká Shri Kanekal, vědec podílející se na zpracování dat z Van Allen Probes v Goddardově středisku v Greenbeltu, stát Maryland.
Týmy odborníků hledaly pro tento nově objevený fenomén nějaké vysvětlení. Jako první padla možnost, že by tuto bariéru vytvořilo lidmi generované záření rádia a televize. Odborníci se proto zaměřili na fyzikální stránku celé věci. Jednou z možností bylo, že je tento ostrý okraj způsobený přítomností hranice magnetického pole Země. Tato možnost ale také nebyla prokázaná. Nakonec vědce napadlo, zda by nebylo lepší hledat příčinu v přítomnosti jiných částic…
Zdroj: http://www.nasa.gov/
Překlad: Autor
Van Allenovy pásy nejsou jedinými místem v okolí Země, kde se vyskytují nabité částice. Ohromný mrak relativně chladných nabitých částic, takzvaná plasmosféra tvoří úplně nejvyšší vrstvu zemské atmosféry. Plasmosféra začíná zhruba 650 km vysoko a zasahuje téměř až do vnějšího van Allenova pásu. Částice na vnější hranici plasmosféry způsobují rozptyl částic vnějšího van Allenova pásu a samy je přijímají.
Efekt rozptylu je relativně slabý a sám o sobě by nestačil na vytvoření takto ostré hranice pro elektrony. Důležité je, že tyto vysokoenergetické elektrony neletí přímo k Zemi. Místo toho kolem ní krouží po ohromných elipsách. Všechny nabité částice (elektrony nevyjímaje) se často pohybují podél siločar magnetického pole. Proto se v magnetickém poli nepohybují směrem k naší planetě, ale spíše okolo.
Data z Van Allen Probes ukazují, že pokud už nějaký vysokoenergetický elektron míří přímo k Zemi, pak se pohybuje pomalu. Pro plasmosféru pak není problém rozptýlit tento relativně pomalu se pohybující objekt. Pozor – je důležité poznamenat, že u subatomárních částic tak úplně neplatí výpočty rychlosti na oběžné dráze. Jednak kvůli samotné povaze těchto částic, ale i tím, jak jsou ovlivňovány magnetickým polem a dalšími okolními faktory. Gravitační síla, která na ně působí, je v tomto případě slabší než ostatní interakce (hlavně elektromagnetická).
Tento objev zároveň vysvětluje, proč se při některých extrémních situacích – například při výronech koronární hmoty, nebo silném slunečním větru, mohou vysokoenergetické elektrony dostat z vnějšího pásu do volného prostoru mezi pásy. „Rozptylování plasmosférou je dostatečně účinné na vytvoření neprostupné bariéry na vnitřním okraji vnějšího van Allenova pásu, ale při silném slunečním větru je plasmosféra zatlačena blíž k Zemi,“ vysvětluje Dan Baker. Silný výron hmoty ze Slunce tedy může poškodit plasmosféru, posune její hranice a dovolí tak elektronům z vnějšího radiačního pásu, aby se také posunuly.
Zdroje informací:
http://www.nasa.gov/
http://svs.gsfc.nasa.gov/
http://www.nasa.gov/
Zdroje obrázků:
http://spectrum.ieee.org/img/08NWVanAllenf2-1345652495531.jpg
http://cdn.ientry.com/sites/webpronews/pictures/vanallenprobes1_616.jpg
http://www.nasa.gov/sites/default/files/plasmaspherev5-01_3.png
Takže všechny navigační (20 000 km) i geostacionární (36 000 km) družice létají uvnitř vnějšího pásu! Kde je teda všechna ta nebezpečná radiace?
Ono je to trochu složitější. To, že se píše, že se van Allenův pás rozkládá v určité oblasti (vzdálenosti od Země) neznamená, že je úroveň radiace v něm všude stejně silná. Už předchozí měření ukázala, že vnitřní pás obsahuje nejvíce nabitých částic někde ve výšce 3 000 kilometrů a vnější pak ve výšce cca. 15 000 km. V těchto oblastech je nejvyšší nahuštění nabitých částic. Pokud se od těchto nahuštění vzdalujeme, pak koncentrace klesají. Pokud pomineme vnitřní okraj vnějšího pásu, o kterém pojednává dnešní článek, tak ostatní hranice jsou velmi neostré a pásy postupně začínají a na konci se zase postupně vytrácejí.
Pokud k tomu přičteme fakt, že vnitřní pás obsahuje ve srovnání s vnějším pásem mnohem více nabitých částic, vyjde nám, že jak navigační družice, tak i geostacionární sice jsou v oblasti, která se označuje jako vnější van Allenův pás, ale koncentrace nabitých částic v této oblasti nejsou nějak mimořádné.
Ach tak. Děkuji za odpověď a osvětlení situace! Toto mi totiž už dlouho vrtalo hlavou..
Rádo se stalo.
Většinou vaše články jenom chválím, ale tady to bohužel tak úplně nejde.
V celém článku používáte spojení „silně nabité elektrony“ což je nesmysl. Pravděpodobně má jít o vysokoenergetické elektrony. Prosím, opravte to.
Vysvětlení v odstavci, který začíná „Efekt rozptylu je relativně slabý“ je podle mě zavádějící. Elektrony, stejně jako jiné nabité částice mají tendenci se pohybovat podél siločar magnetického pole. Proto se v magnetickém poli Země nepohybují směrem k Zemi, ale spíše „okolo“.
I pro subatomární částice samozřejmě platí výpočty pohybu v gravitačním poli. Gravitační síla je ale v jejich případě obvykle mnohem slabší než elektromagnetické interakce.
Je fakt, že fyzika magnetosféry je docela složitá záležitost a popsat to „normálním“ lidem je ještě složitější. Pro představu se stačí podívat na obrázek na wiki:
http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetosphere#mediaviewer/File:Structure_of_the_magnetosphere.svg
Díky za zpětnou vazbu. Pro vysvětlení – chtěl jsem použít i jiný výraz než jen „vysokoenergetické elektrony“, které v článku také používám. Snažil jsem se vymyslet nějaké synonymum, abych neopakoval stále stejná slova. Ale nemám problém s tím, doplnit všude jeden výraz. Nevěděl jsem, že vysokoenergetické elektrony jsou takový terminus technicus, který se nedá nahradit. ale respektuji to.
S gravitací – ano, máte pravdu, ale tím bychom zabředávali stále hlouběji a hlouběji, což nebylo účelem článku. Proto jsem zvolil raději toto (zjednodušené) vyjádření.