31 января 1958 года первый американский спутник Explorer 1 вышел на орбиту. На его борту находился счётчик Гейгера, созданный группой Джеймса Ван Аллена для измерения космических лучей.
Сначала всё шло ожидаемо: с высотой скорость счёта росла. Но затем прибор внезапно замолчал.
Он не видел ничего. Космические лучи исчезли? Счётчик сломался? Нет, он работал.
Физики заподозрили, что он вышел в режим насыщения — частиц было слишком много. Это подвердилось в следующей миссии Explorer 3.
Так были открыты радиационные пояса Земли!
Сигнал радиационных поясов зарегистрировал еще раньше советский «Спутник-2», но ... тогда прошли мимо важного открытия. Уже после миссии Explorer 3 открытие подтвердили данные «Спутника-3».
Что такое радиационные пояса? Это две области на высотах от тысячи до десятков тысяч км над поверхностью нашей планеты, заполненные энергичными электронами и протонами.
Магнитное поле Земли похоже на поле большого магнита. В районе экватора оно слабее, а ближе к полюсам усиливается. Как раз то, что нужно для магнитного зеркала. Магнитное зеркало Земли играет протонами и электронами в пинг-понг между северным и южным полюсами.
В результате, множество частиц заполняет огромную тороидальную магнитную ловушку.
Кстати, как вы думаете, откуда берутся там протоны и электроны?
Но зеркало отражает не все частицы!
Всё зависит от угла α между скоростью частицы и магнитным полем. Если скорость направлена почти вдоль силовой линии, частица может добраться до атмосферы раньше, чем успеет отразиться. И тогда заряженная частица стремительно растеряет всю свою энергию во взаимодействиях с атмосферой и выбывает из тенисного турнира.
Вы можете поиграть в интерактивную игру на моем сайте, чтобы разобраться какие энергии и углы позволяют заряженным частицам остаться внутри радиационного пояса, а какие приземляют наших путешественников.
Внутренний пояс богат энергичными протонами, а внешний — электронами. Размер и структура поясов зависят от состояния магнитосферы.
Замечу, что магнитное зеркало — это лишь часть картины, описывающей радиационные пояса. Оно объясняет, как удерживается отдельная частица, но не отвечает, например, на такие вопросы:
— Почему поясов два?
— Откуда там берутся частицы?
— И каким образом некоторые электроны в поясах разгоняются почти до скорости света?
Может быть, у вас есть идеи?
1 • 2 • 3 • 4