Encyklopedie vesmíru: Radiační pásy

V dnešním díle encyklopedie vesmíru se podíváme na radiační pásy, které mají planety, jež disponují magnetickým polem, takže i Země. Bez těchto pásů a tedy i magnetosféry, by život na Zemi pravděpodobně nevznikl.

Radiační pásy, nebo také pásy pronikavého záření, je oblast planetární magnetosféry, v níž je zachyceno korpuskulární záření (energetické ionty a elektrony). Radiační pásy Země (někdy též zvané Van Allenovy pásy) byly zjištěny pomocí Geigerových počítačů umístěných na prvých umělých družicích. Vnitřní byl objeven profesorem Van Allenem z měření prvé americké družice Explorer 1. Vnější pás objevil profesor Věrnov a jeho spolupracovníci z dat získaných sovětskou sondou Luna 1.

Van Allenovy pásy se sondami Van Allen A a B
Van Allenovy pásy se sondami Van Allen A a B

Prostírají se zhruba od 400 km nad povrchem Země do vzdálenosti asi 50 000 km. Jsou dvě maxima hustoty energetických částic. Nižší, ve výšce kolem 3000 km nad povrchem, je vnitřní radiační pás. Vyšší pás, s maximem ve výšce 15 000 km, je vnější radiační pás. Oba pásy obklopují Zemi symetricky kolem její magnetické osy. Vnitřní pás je mnohem stabilnější, neboť má mnohem silnější magnetické pole než pás vnější. Převládají v něm energetické protony s energiemi mnoha megaelektronvoltů. Ve vnějším pásu převládají elektrony méně energetické, s energiemi kiloelektronvoltů. Pro srovnání uveďme, že molekuly v atmosféře mají energie kolem 0,03 eV.

V radiačních pásech (jako v magnetosféře vůbec) jsou nabité částice ovládány Lorentzovou silou a vykonávají tři různé pohyby:

  • Částice obíhá svou siločáru jednou za mikrosekundy až milisekundy
  • Obíhající částice volně klouže podél siločar, takže výsledkem je spirální pohyb. Magnetické siločáry se sbíhají směrem k magnetickým pólům. Pohyb podél siločar je (v důsledku diamagnetismu) brzděn, až se docela zastaví (v bodě zvaném magnetické  zrcadlo) a začne klouzat zpět, nahoru. Je to podélný pohyb od severního zrcadla k jižnímu a zpět. Pro velmi rychlé částice trvá jedna perioda podélného pohybu řádově sekundy
  • Siločáry jsou zakřivené a na částice působí odstředivá síla úměrná podélné rychlosti. Síla podélná (důsledek sbíhavosti) a síla odstředivá (důsledek zakřivení siločar) leží v rovině magnetického poledníku. Tyto síly vyvolávají pohyb nabitých částic kolmý k této rovině: protony a jiné ionty se pohybují směrem k západu. Elektrony se posouvají směrem k východu. Pro periodu tohoto východo-západního pohybu nabitých částic vypočteme minuty až dny. Pohyb protonů v pásech směrem k západu a elektronů směrem k východu představuje elektrický proud, zvaný prstencový proud.
Siločáry magnetického pole v radiačních pásech
Siločáry magnetického pole v radiačních pásech

Při srážkách s molekulami atmosféry ztrácejí energetické částice pásů svoji energii. Radiační pásy jsou doplňovány ze tří zdrojů. Nejenergetičtější protony ve vnitřním pásu vznikají rozpadem neutronů sekundárního kosmického záření. Tento zdroj se nazývá neutronové albedo. Částice se středními energiemi (řádu keV) pocházejí ze slunečního větru. A Částice s nejnižšími energiemi se do pásů dostávají z ionosféry.

Průnik částic z pásů do atmosféry kolem magnetických pólů vyvolává polární záře.

Radiační pásy byly také objeveny v magnetosféře všech obřích planet. Nejmohutnější pás je u Jupitera. Rádiové záření, které vysílá, bylo známo už od r. 1955. Je silně ovlivňováno měsícem Io. Io do Jupiterova pásu dodává ionty síry a sodíku, které unikají z jeho sopek.

Poznámka: Později byly tyto pásy prozkoumány podrobněji dvěma sondami Van Allen A a B, které odstartovaly v srpnu roku 2012 a mise měla trvat dva roky (viz také první obrázek).

Kniha: Velká encyklopedie vesmíru (2002)
Autor: doc. dr. Josip Kleczek, DrSc.

O Scimani 29 Článků
Zajímám se o astronomii a miluji sci-fi, především Hvězdnou bránu, Dark Matter, Hvězdné války, Mass Effect a další.

Leave a Reply