A változatos Van Allen-övek
(Rovat: Űridőjárás - 2016.02.12 07:15.)

A NASA Van Allen-műholdjainak mérései szerint a Föld sugárzási övei sokkal izgalmasabbak annál, amilyennek azt a róluk alkotott hagyományos kép sugallta.

Fantáziarajz a Földet körülvevő Van Allen-féle sugárzási övekről. (Kép: NASA / Goddard Space Flight Center / Scientific Visualization Studio)

Mintegy 1000 kilométer magasan kezdődik a Földet körülvevő két sugárzási öv közül a belső, amelyeket felfedezőjükről Van Allen-öveknek neveznek. A sugárzási övek felfedezése az egyik első, a műholdas méréseknek köszönhető tudományos eredmény volt az 1950-es évek végén. A fánk alakú zónákban nagy az elektronok sűrűsége. A sugárzási övek védik az alacsonyabban keringő űreszközöket, ugyanakkor a beléjük hatoló eszközöknek szembe kell nézniük az erős sugárzás káros hatásával.

Az egyik Van Allen-műhold. (Fantáziakép: NASA / JHUAPL)

Ezért fontos a sugárzási övek kiterjedésének és viselkedésének vizsgálata, ami a NASA Van Allen-műholdjainak fő kutatási célja. Az 1950-es évek óta kialakított hagyományos kép szerint a Van Allen-övek két részből állnak, a nagyobb kiterjedésű és változékonyabb külső, illetve a kisebb és stabilabb belső övből, amelyeket részecskékben szegény tartomány választ el egymástól. A Van Allen-műholdak mérései szerint a helyzet ennél bonyolultabb, a sugárzási övek alakja és kiterjedése erősen függ attól, milyen energiájú elektronokat vizsgálunk, a különböző energiájú elektronok eltérő eloszlást mutatnak.

A hagyományos felfogás szerint a Van Allen-övek két részből állnak, a nagyobb kiterjedésű és változékonyabb külső, illetve a kisebb és stabilabb belső övből, amelyeket részecskékben szegény tartomány választ el egymástól. A Van Allen-műholdak mérései szerint a három rész – a két öv és az elválasztó tartomány – ettől eltérő alakú lehet, a magnetoszféra állapotától és az ott található elektronok energiájától függően. (Kép: NASA Goddard / Duberstein)

Megállapították, hogy ha a kis energiájú elektronokat vizsgálják, a klasszikus kép szerinti belső, kisebb kiterjedésű öv kiterjedtebb a külső övnél. A legnagyobb energiákon ezzel szemben a belső öv szinte teljesen eltűnik, vagyis az övek még egy adott pillanatban is eltérő szerkezetet mutatnak, attól függően, mekkora energián végzik a méréseket.

A legnagyobb, 1 MeV fölötti elektronenergiákon csak a külső öv mutatható ki. (Kép: NASA Goddard / Duberstein)

Még bonyolultabb a helyzet geomágneses viharok idején. A gyors napszélnyalábokban vagy a koronakitörések idején érkező, gyorsan mozgó, mágneses anyag beleütközik a Föld magnetoszférájába, oszcillációk lépnek fel, geomágneses vihar alakul ki. Átmenetileg hol nő, hol csökken a sugárzási övekben a nagy energiájú elektronok száma, de egy idő után az övek visszatérnek megszokott állapotukba. Megállapították, hogy a két övet elválasztó zónából a vihar után gyorsan kiürülnek az elektronok, azonban az elválasztó zóna helye az elektronok energiájától függ. Geomágneses viharok idején gyakran előfordul, hogy a külső öv befelé nyomul, teljesen kitöltve az elválasztó zónát, így egyetlen, összefüggő sugárzási öv alakul ki. Kisebb energiákon az elválasztó zóna a Földtől távolabbra kerül, így a belső zóna mérete felülmúlhatja a külsőét.

A legkisebb, 0,1 MeV körüli elektronenergiákon a belső öv lényegesen nagyobb kiterjedésűnek mutatkozik, szinte az egész, a hagyományos kép szerint üresnek tekintett zónát kitölti. Ebben az energiatartományban a külső öv kisebb. (Kép: NASA Goddard / Duberstein)

Geomágneses viharok idején a két övet elválasztó zónát teljesen kitöltik a kis energiájú elektronok. Eddig úgy gondolták, hogy ez csak a legerősebb, átlagosan tízévente egyszer előforduló viharok esetén történik meg. A Van Allen-műholdak mérései ezzel szemben azt mutatják, hogy ez a jelenség a 0,8 MeV-nál kisebb energiájú elektronok esetében egyáltalán nem ritka, szinte minden geomágneses vihar idején előfordul. (Kép: NASA Goddard / Duberstein)

A Van Allen-műholdak mérései elsősorban azért fontosak, mert korábban csak a rendkívül nagy energiájú (MeV-os) tartományban végeztek méréseket, ezzel szemben a Van Allen-műholdak mérési tartománya sokkal nagyobb az alacsony energiák felé, egészen a néhány ezer elektronvolt energiáig terjed. Emellett a műholdak a korábbiakhoz képest sokkal több, meghatározott energián végzik a méréseiket, vagyis jobb az energia szerinti felbontás. A korábbi műszerekkel egyszerre 5–10 energiaszintet mértek, a Van Allen-műholdak műszerei több százat. Korábban azért nem tudták a sugárzási övek alacsonyabban fekvő, Földhöz közeli részein a kis energiájú elektronok számát megbízhatóan mérni, mert az ott található protonok jelentős háttérzajt okoznak. A Van Allen-műholdak érzékenyebb műszereivel a két hatás szétválasztható.