حزام إشعاع ڤان ألن

هذا الفيديو يمثل التغيرات في شكل وشدة قطاع عرضي من أحزمة ڤان ألن.

Van Allen radiation belts

أحزمة إشعاع ڤان ألن، نطاقان من الجسيمات المشحونة كهربائيًا تحيطان بالسطح الأعلى للكرة الأرضية. وتُسمى أيضاً الأحزمة الإشعاعية. وقد سميت الأحزمة باسم مكتشفها جيمس ألفرد ڤان ألن، عالم الفيزياء الأمريكي الذي اكتشفها في عام 1958.

يتكوّن الإشعاع الموجود بهذه الأحزمة من تركيز عال من الجسيمات المشحونة بالكهرباء مثل البروتونات والإلكترونات. ويجذب المجال المغنطيسي الأرضي هذه الجسيمات ويوجهها نحو الأقطاب المغنطيسية. وتدور الجسيمات المنجذبة دوراناً لولبياً على خطوط وهمية في المجال المغنطيسي. وتنحرف خطوط المجال الوهمية هذه من القطب المغنطيسي الشمالي إلى القطب المغنطيسي الجنوبي. وعندما تقترب الجسيمات من أحد القطبين تعترضها خطوط المجال الوهمية وتعكسها نحو القطب الآخر. وهذه الظاهرة تجعل الجسيمات داخل الأحزمة تتأرجح بين الأقطاب.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 تاريخ

اكتشف الفيزيائي الأمريكي جيمس ڤان ألن عام 1958 خلال عمله في رصد معلومات عن الإشعاعات الكونية بوساطة عداد گايگر-مولر G-M المحمول على القمرين الصناعيين إكسبلورر وبايونير. وتحيط الأحزمة بالكرة الأرضية إحاطة السوار بالمعصم، حيث يرتفع الحزام الداخلي بين حوالي 1,000 و5,000 كم فوق سطح الأرض، وقدّر ارتفاع الكثافة الإشعاعية العظمى عند 6000كم، الذي يقارب نصف قطر الأرض. تلا ذلك إرسال سواتل أخرى فاكتشف حزام إشعاعات آخر سمي الحزام الإشعاعي الخارجي. كما اكتشفت مؤخراً أحزمة أخرى تتشكل وتختفي. يمتد الحزام الأول ما بين 1.1 و3.3 مرة نصف قطر الأرض ويحتوي على بروتونات و أيونات أكسجين ونوى هليوم أو جسيمات ألفا، بينما يمتد الخارجي ما بين 3 و9 مرات نصف قطر الأرض ويشغل معظمه إلكترونات تصل ذروة كثافتها عند ارتفاع يساوي 4 مرات نصف قطر الأرض. ويتصف الحزام الأول باستقرار عالٍ بمرور الزمن بالمقارنة مع الاستقرار الضعيف للحزام الخارجي الذي يتغير تغيراً كبيراً وخاصة عند ذروة نشاط البقع الشمسية. فقد وجد أ ن مصدر معظم الأيونات عالية الطاقة هو الشمس إضافة إلى نواتج تفاعلات الأشعة الكونية مع الغلاف الجوي الأرضي.

 الحزام الداخلي

يجذب الحزام الداخلي الجسيمات المنطلقة من الغلاف الجوي بوساطة أشعة كونية وهي جسيمات ذات طاقة عالية في الفضاء الخارجي.

 الحزام الخارجي

Laboratory simulation of the Van Allen belts' influence on the Solar Wind; these auroral-like Birkeland currents were created by the scientist Kristian Birkeland in his terrella, a magnetized anode globe in an evacuated chamber.

ويجذب الحزام الخارجي الجسيمات من الرياح الشمسية، وهي جسيمات مشحونة بالكهرباء تتدفق باستمرار من الشمس، ومن اللهب الشمسي وهي انفجارات فجائية تحدث على سطح الشمس. ويمزق هذا النشاط الشمسي الكبير الأحزمة ويؤدي إلى عواصف مغنطيسية. وتتداخل اضطرابات الأحزمة أيضاً مع استقبال الراديو، وتسبب موجات في خطوط القدرة الكهربائية بالإضافة إلى تكوين الأورورات. انظر: أورورا.

وتحاط الكواكب الأخرى مثل المشتري وزُحل وأورانوس (سابع الكواكب السيارة) ونبتون أيضًا بمجالات مغنطيسية مثل كوكب الأرض. وقد أثبتت الرحلات الفضائية في العقدين الثامن والتاسع من القرن العشرين الميلادي، أن لهذه الكواكب أحزمة إشعاعية أيضاً.

 قيم الفيض

AP8 MIN omnidirectional proton flux >=100keV

AP8 MIN omnidirectional proton flux >=1MeV

AP8 MIN omnidirectional proton flux >=400MeV

 مسبباته

Simulated Van Allen Belts generated by a plasma thruster in tank #5 Electric Propulsion Laboratory at the then-called Lewis Research Center, Cleveland, Ohio.

تعود أسباب تشكل الحزام إلى تفاعل بين الجسيمات المشحونة والحقل المغنطيسي فقد تحدث العلماء قبل عام 1958 عن إمكان أسر الأيونات والإلكترونات بوساطة حقول مغنطيسية، إذ يؤثر الحقل المغنطيسي الموضعي الذي يمثل بخطوط الحقل، في الجسيمات المشحونة السريعة فيجعلها ترسم مساراً لولبياً حول هذه الخطوط، كما يمكن أن ترتحل من خط لآخر عند تغير هذه الحقول. ويعتمد التأثير على شدة الحقل، أو على تراص خطوطه، إلى درجة يمكن عندها أن تجعل الجسيمات المشحونة تتباطأ أو تعود من حيث أتت. يحدث أمر كهذا عند القطبين المغنطيسيين للأرض اللذين يعملان عمل مرآتين مغنطيسيتين كالتي تستعمل في أبحاث تحريك السوائل المغنطيسي. وقد أمكن شرح أشكال الأحزمة انطلاقاً من أشكال خطوط الحقل المغنطيسي الأرضي و ما يطرأ عليها من تبدلات وخاصة عند هبوب الرياح الشمسية. يبدو في الصورة المرافقة حزامان إشعاعيان يحيطان بالكرة الأرضية.

 أضراره

يتعدى الاهتمام الحالي بالأحزمة الإشعاعية الفضول العلمي ليصل إلى ما يمكن أن تسببه من أضرار، شأنها شأن الإشعاعات الكونية الأخرى، للسواتل وما تحمله من دارات إلكترونية ولوحات شمسية فوتوفولطائية بل حتى لرواد الفضاء والسفن الفضائية الأخرى. كما تؤثر تغيراتها في الاتصالات وجودتها متمثلة في الضجيج و الأضرار التي تلحقها بالحواسيب التي تحملها السفن الفضائية وغيرها.

 انظر أيضاً

• L-shell
• List of artificial radiation belts
• Space weather

 المصادر

Holmes-Siedle, A. G. and Adams, L (2002). Handbook of Radiation Effects (Oxford University Press, England 2002). ISBN 0-19-850733-X. Adams, L., Harboe Sorensen, R., Holmes Siedle, A. G., Ward, A. K. and Bull, R. (1991). Measurement of SEU and total dose in geostationary orbit under normal and solar flare conditions. IEEE Transactions on Nuclear Science. NS 38 (6) 1686–92 (Dec 1991) Shprits, Y.Y., et al., (2008). Review of modeling of losses and sources of relativistic electrons in the outer radiation belt I: Radial transport. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. Shprits, Y.Y., et al.,(2008) Review of modeling of losses and sources of relativistic electrons in the outer radiation belt II: Local Processes. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics.

 وصلات خارجية

• An explanation of the belts
• Trapped particle radiation models—Introduction to the Trapped Radiation Belts.
• SPENVIS - Space Environment, Effects, and Education System—Gateway to the SPENVIS orbital dose calculation software.
• D. P. Stern, M. Peredo (2004-09-28). "The Exploration of the Earth's Magnetosphere". NASA. Retrieved 2006-08-22.
• NASA Radiation Belt Storm Probe Mission

انظر أيضاً: الفلق؛ الأرض؛ العاصفة المغنطيسية؛ فان ألن، جيمس ألفرد.