Планета Земля и ее атмосфера. Земля как планета. Форма и размеры. Гравитационное поле. Магнитное поле., страница 14

Высота главного максимума ионосферы в средних широтах северного полушария изменяется в течение суток сложным образом (рисунок 2.5-6.9.), глубоко спускаясь утром и достигая максимума вблизи полуночи. Высота слоя F зимой ниже (кривая І), чем летом (кривая ІІ), а при высокой активности Солнца (кривая ІІІ) выше, чем при низкой, (кривые І и ІІ).

Так же как на Земле, на Венере и Марсе под действием ионизующего излучения Солнца образуются свои ионосферы. В отличие от земной ионосферы, на Марсе нет слоя F вследствие низкой концентрации кислорода в атмосфере, а на Венере из-за отсутствия магнитного поля.

Радиационный пояс Земли — область околоземного пространства, в которой магнитное поле Земли удерживает заряженные частицы (протоны, электроны, α-частицы), обладающие кинетической энергией от десятков кэВ до сотен МэВ. Выходу частиц из Р. п. 3. препятствует особая конфигурация поля (см. рисунок 2.5-6.10.) — т. н. магнитная ловушка (протоны, например, могут находиться в ней до 10⁹ с). Частицы в Р. п. 3. совершают под действием силы Лоренца сложное движение — колебательное по спиральной траектории вдоль силовой линии из северного полушария в южное и обратно с одновременным более медленным перемещением (долготным дрейфом) вокруг Земли. Принятое разделение Р. п. 3. на внутреннюю и внешнюю зоны (или пояса) условно и характеризуется в какой-то степени распределением частиц по энергиям. Внутренняя зона расположена в экваториальных широтах; её нижняя граница, определяющаяся в основном напряжённостью магнитного поля Земли, находится на высотах 200…300 км (над Бразилией) и ~ 1600 км (над Австралией). Во внутренней зоне на высотах ~ 3000 км (~ 0,5 радиуса Земли) находится максимум плотности потока протонов высоких энергий (20…800 МэВ). Число таких протонов резко падает, как с ростом расстояния от Земли (это обусловлено уменьшением напряжённости магнитного поля Земли, которое уже не способно удерживать протоны таких энергий), так и с уменьшением этого расстояния (это обусловлено резким ростом поглощения таких частиц атмосферой). Из-за своей огромной проникающей способности эти протоны представляют значительную опасность для экипажей и аппаратуры КА, что требует обеспечения соответствующей радиационной защиты и (или) выбора их орбит. Например, при одинаковой продолжительности полёта экипаж на «Салюте-6» получил в несколько раз меньшую дозу облучения, чем экипаж на станции «Скайлэб», т. к. его орбита была приблизительно на 80 км ниже, чем орбита станции «Скайлэб». Средняя энергия электронов во внутренней зоне -~ 100 кэВ, а максимум плотности их потока расположен на расстоянии 0,6 R_З от поверхности Земли. Во внешней зоне (считается, что её нижняя и верхняя границы расположены на расстояниях ~ 2,5 R_З и 7R_З) в основном преобладают протоны с энергией от нескольких сотен кэВ и менее и электроны с энергией 40…100 кэВ.

Возможность существования Р. п. 3. была предсказана теоретически ещё в начале 20 в., однако лишь с началом космической эры появилась возможность детального исследования его структуры, динамики и процессов, приводящих к его возникновению. Считается, что основные процессы, приводящие к наполнению Р. п. 3. заряженными частицами,— дрейф частиц из «хвоста» магнитосферы во внешнюю зону пояса во время магнитных бурь

под действием электрического поля и медленная диффузия к Земле частиц, захваченных в магнитную ловушку, под действием небольших вариаций магнитного поля. Процессы, приводящие к уходу частиц из Р. п. 3., пока ещё до конца не выяснены. Установлено, однако, что один из процессов — столкновение частиц с частицами атмосферы. Это, в частности, было установлено по распаду искусственного Р. п. 3. образовавшегося в результате термоядерного взрыва по проекту «Морская звезда», осуществлённого США над Тихим океаном на высоте 400 км в 1962 году. Этот Р. п. 3. просуществовал около 10 лет.

2.5-6.9. Магнитосфера Земли