РАДИАЦИОННЫЕ ПОЯСА ЗЕМЛИ (ПОЯСА ВАН АЛЛЕНА — ВЕРНОВА). После открытия космических лучей — потоков частиц, падающих на Землю извне, — прогресс в этой новой и исключительно важной области физики почти целиком зависел от условий опыта, например от высоты, на которую удавалось поднять сложные приборы и счетчики над Землей.
И не удивительно, что в числе полезного груаа ракет, впервые вырвавшихся за пределы земной атмосферы в космическое пространство, главное место занимают всевозможные установки для изучения заряженных частиц. Первые же сигналы показаний приборов, автоматически переданные по радио на Землю, вызвали удивление ученых. На некоторых высотах космические лаборатории попадали в области, густо насыщенные заряженными частицами, обладающими очень большой энергией, резко отличными от наблюдавшихся ранее космических частиц, и первичных, и вторичных.
Советский ученый Вернов и почти одновременно с ним американский физик Ван Аллен установили, что земной шар окружен в экваториальной плоскости двумя, а по последним сведениям, даже тремя сравнительно четко отделенными друг от друга поясами — нечто вроде гигантских бубликов, густо заселенных частицами разных зарядов, энергий и масс. Плотность частиц изменяется от края до края каждого пояса, причем космическое пространство в обе стороны от полюсов от них практически свободно После обработки данных первых запусков ракет и полетов спутников стало ясно, что речь идет о заряженных частицах, захваченных магнитным полем Земли.
Известно, что любые заряженные частицы, попав в магнитное поле, начинают «навиваться» на силовые линии магнитного поля, одновременно передвигаясь вдоль них. Раз меры витков получающейся спирали зависят от первоначальной скорости частиц, их массы, заряда и напряженности магнитного поля Земли в той области околоземного пространства, в которую они влетели и изменили направление движения. Магнитное поле Земли неоднородно. У полюсов оно «сгущается» — уплотняется. Поэтому заряженная частица, начавшая движение по спирали вдоль «оседланной» ею магнитной линии из области, близкой к экватору, по мере приближения к какому-либо полюсу испытывает все большее и большее сопротивление, пока не остановится, а затем возвращается назад к экватору и дальше к противоположному полюсу, откуда начинает движение в обратном направлении. Частица оказывается как бы в гигантской «магнитной ловуш ке» планеты.
Первый такой пояс начинается на высоте примерно 500 км над западным и 1500 км над восточным полушарием Земли. Самая большая концентрация частиц этого пояса — его ядро — находится на высоте двух-трех тысяч километров. Верхняя граница этого пояса достигает трех-четырех тысяч километров над поверхностью Земли. Второй пояс частиц простирается от 10—11 до 40—60 тыс. км с максимальной плотностью частиц на высоте 20 тыс. км. Внешний пояс начинается на высоте 60—75 тыс. км. Приведенные границы поясов определены пока еще только приблизительно и, видимо, в каких-то пределах периодически изменяются.
Отличаются эти пояса друг от друга тем, что первый из них, самый близкий к Земле, состоит из положительно заряженных протонов, обладающих очень большой энергией — порядка 100 Мое. Их смогла захватить и удержать только самая плотная часть магнитного поля Земли. Второй пояс состоит главным образом из электронов с энергией «всего лишь» 30—100 кэв. В третьем поясе, где магнитное поле Земли самое слабое, удерживаются частицы с энергией 200 эв п более. Если учесть, что обычное рентгеновское излучение, применяемое кратковременно для медицинских целей, обладает энергией 30—50 кэв, а мощные установки для просвечивания огромных слитков и глыб металла — от 200 кэв до 2 Мэв, можно легко представить, насколько опасны эти пояса, особенно первый и второй, для космонавтов будущего и для всего живого при полетах на другие планеты. Вот поче му сейчас ученые столь упорно и тщательно пытаются уточнить месторасположение и форму этих поясов, распределение частиц в них. Пока ясно лишь одно. Коридорами для выхода обитаемых космических кораблей на трассы к другим мирам будут области, близкие к магнитным полюсам Земли, свободные от частиц больших энергий.
Естествен вопрос: откуда взялись все эти частицы? Их в основном выбрасывает из своих недр наше Солнце. Сейчас уже установлено, что Земля, несмотря на огромное расстояние от Солнца, находится в самой внешней части его атмосферы. Это, в частности, подтверждается тем, что каждый раз, когда возрастает солнечная активность, а следовательно, увеличиваются количество и энергия испускаемых Солнцем частиц, возрастает и количество электронов во втором радиационном поясе, который как бы под напором «ветра» из этих частиц прижимается к Земле. Застревают в магнитной ловушке Земли и космические частицы, энергии которых оказалось недостаточно, чтобы проскочить сквозь нее дальше, а также частицы, образовавшиеся в результате столкновения частиц первичных космических лучей больших энергий с атомами самых верхних и крайне разреженных слоев атмосферы, которая, как оказалось, простирается значительно дальше, чем считалось до недавнего времени, — почти на 150 км от поверхности Земли.
Мы даже и не подозреваем, каким надежным щитом является для человека и вообще для всего живого на Земле про зрачная и почти неосязаемая атмосфера и совсем невидимое и неощутимое магнитное поле планеты. А к той сравнительно незначительной части излучений, которым все же удается прорваться сквозь двойную природную броню Земли, живая материя и ее венец — человечество — за сотни миллионов лет своей эволюции полностью приспособились, и трудно даже фантазировать, какие бы формы приняла жизнь на планете, если бы она не была полностью защищена от всех видов космического излучения Выход человека в космическое пространство сразу лишает его спасительного щита атмосферы и магнитного поля и подвергает воздействию всех видов излучения сразу