Радиационные пояса Земли, они же пояса Ван-Аллена в англоязычной литературе (большинство русских их так упорно не называет и на то есть причина) .
Для начала -
Радиационные пояса Земли (РПЗ) - это внутренние области магнитосферы Земли, в которых геомагнитным полем удерживаются заряженные частицы - протоны, электроны, альфа-частицы [1]. В первом приближении РПЗ представляют собой тороид, в котором можно выделить две области (см. рис. 1): внутренний и внешний радиационный пояс, между внутренним и внешним радиационными поясами существует зазор. Состав частиц внешнего и внутреннего РПЗ различен: во внутреннем поясе протоны и электроны, во внешнем - электроны. Положения нижней границы радиационного пояса зависит от географической долготы - над Атлантикой возрастание интенсивности потоков заряженных частиц начинается на высоте около 350 км, а над Индонезией на высоте 1300 км.
Причину такого пространственного распределения энергичных заряженных частиц мы оставим за рамками данной статьи, в сразу перейдем к история их открытия
Вот хронология событий, происходивших шестьдесят лет назад, изложенная В. Темным в работе [2].
3 ноября 1957 г. на втором советском искусственном спутнике Земли с апогеем орбиты — 1671 км и наклонением i=69,3° при помощи гейгеровских счетчиков, установленных на борту ИСЗ-2 группой Сергея Николаевича Вернова, был зарегистрирован плавный рост потока космических лучей c увеличением широты. Неожиданно на его фоне был зарегистрирован кратковременный всплеск интенсивности заряженных частиц.
источник
И хотя тогда, 60 лет назад, авторы эксперимента объяснили его приходом к Земле энергичных частиц от Солнца, сейчас ясно, что это был первый в истории случай регистрации частиц радиационных поясов Земли, сокращенно РПЗ. Но на основании этого единичного факта такой вывод сделан не был. Так что пальма первенства в регистрации частиц РПЗ, к сожалению, не ставшая открытием, поскольку правильного объяснения тогда найдено не было, все-таки принадлежит СССР.
С 1 февраля 1958 г. экранированный гейгеровский счетчик, установленный группой Ван Аллена на борту первого американского спутника «Эксплорер-1», начал регистрировать энергичные заряженные частицы. Неожиданно было обнаружено, что на больших высотах у экватора и над Южной Америкой его счет прекращался полностью, причем не регистрировались даже космические лучи, присутствующие всегда.
Начиная с 26 марта 1958 г. это явление стало фиксироваться таким же прибором на спутнике «Эксплорер-3». Запоминающее устройство спутника регистрировало показания счетчика вдоль каждого витка.
Вернер фон Браун (второй справа) у полномасштабного макета Эксплорера с последней ступенью РН.
источник
Анализируя эти записи, сотрудник Ван Аллена, Карл Мак-Илвайн, имя которого теперь носят специальные магнитные координаты, в которых работают все исследователи РПЗ, пришел к выводу, что регистрировавшееся и ранее на «Эксплорер-1», и теперь отсутствие показаний вызвано не отсутствием заряженных частиц, а перегрузкой ими прибора. Авторы эксперимента определили, что нулевые показания детектора соответствовали реальным скоростям его счета более 300 тысяч импульсов в секунду, т. е. на три-четыре порядка превышающей интенсивность космических лучей. Фраза «Боже мой, космос радиоактивен!», произнесенная Эрнстом Реем - коллегой Мак-Илвайна весною 1958 года ознаменовала начало эры радиационных исследований космического пространства.
Таким образом, мы видим, что технически приоритет в регистрации частиц РПЗ принадлежит советским исследователям, но, как уже было сказано выше, зарегистрировать, не объяснив природу явления, еще не значит открыть, и, следовательно, встает вопрос об интерпретации.
1 мая 1958 г. в своем докладе на совместном заседании Национальной Академии наук и Физического общества США Ван Аллен связал высокие уровни скоростей счета гейгеровских счетчиков на спутниках Эксплорер-1 и -3 с наблюдавшимися ранее потоками электронов в зоне полярных сияний. Он заявил, что «не может быть, чтобы частицы имели энергии порядка миллиардов электронвольт». То есть, на тот момент ученый считал, что экранированные счетчики регистрировали только тормозное излучение электронов малых энергий, отвергая тем самым возможность того, что наблюдавшиеся частицы могли быть протонами.
источник
То есть мы видим, что первая интерпретация результатов экспериментов была неверной, как у советских физиков, так и у их американских коллег (хотя частицы аврорального овала, конечно, ближе по природе к частицам РПЗ, но все-таки это не одно и то же).
Естественно, что и попытки понять обнаруженный феномен, и экспериментальные измерения были продолжены обеими сторонами.
15 мая 1958 г. был запущен третий советский ИСЗ (i=65,2°, высота апогея 1880 км в южном полушарии). Сцинтиляционные детекторы, установленные на нем, зафиксировали гораздо более интенсивные потоки заряженных частиц, чем гейгеровские счетчики спутников «Эксплорер-1 и -3» и впервые позволили установить, что наблюдаемые потоки заряженных частиц состоят именно из протонов с энергиями порядка 100 МэВ. Сотруднику Вернова, будущему академику Александру Чудакову ( у которого автору данного поста выпала честь учиться) удалось выделить из показаний детектора, полученных над территорией СССР в приполярной зоне (на широтах около 60°), постоянно присутствовавшее тормозное излучение от потоков электронов с Ее= 100 кэВ. Чудаков установил, что с ростом высоты зона регистрации этих потоков смещается к низким широтам вдоль геомагнитных силовых линий. Этот результат, по всей видимости, следует считать первой достоверной регистрацией электронов внешнего радиационного пояса.
Команда НИИЯФ МГУ - создатели второго искусственного спутника Земли - Вакулов П.В., Вернов С.Н., Чудаков А.Е., Логачев Ю.И., Горчаков Е.В.
источник
Результаты спутниковых исследований советских и американских ученых были широко представлены на Пятой Ассамблее Специального комитета Международного Геофизического Года (МГГ). В. И. Красовский объяснил возможность захвата геомагнитным полем наблюдавшихся на Третьем ИСЗ интенсивных потоков электронов с энергиями в 10-20 кэВ, А. Е. Чудаков сообщил, что в узкой приполярной зоне постоянно присутствуют потоки электронов с Ее ∼ 100 кэВ, С. Н. Вернов и А. И. Лебединский ввели понятие «земное корпускулярное излучение», относящееся к протонам от β-распада нейтронов альбедо, создаваемых космическими лучами в атмосфере Земли.
источник
В докладе Ван Аллена, зачитанном его сотрудником Э. Реем, природа излучения в низкоширотной зоне связывалась с электронами, ранее наблюдавшимися над зоной полярных сияний. Самим Ван Алленом на Ассамблею была прислана телеграмму со свежими результатами наблюдений со спутника «Эксплорер-4», запущенного 26 июля на орбиту с наклонением около = 51°. Эти данные дополнили содержание его доклада, не изменив выводов о природе регистрировавшихся частиц: «...общая ситуация подобна ранее наблюдавшейся. Интенсивность излучения возрастает в несколько тысяч раз между 300 и 1600 км с быстрым началом роста около 400 км высоты...».
Но исследователям оставалось еще доказать, что заряженные частицы, «накопленные» в геомагнитной ловушке поле, могут дрейфовать в азимутальном направлении. Сделать это могли только эксперименты с инжекцией заряженных частиц в геомагнитную ловушку. Такими экспериментами стали высотные ядерные взрывы, проведенные США в августе — сентябре 1958 г.
1 августа 1958 г. в 10 ч 50 мин 05 с мирового времени (UT) в условиях полной секретности над островом Джонстон (169° з. д., 17° с. ш.) на высоте 76,8 км США произвели термоядерный взрыв «ТИК».10 августа 1958 г. — через сутки после окончания 5 Ассамблеи МГГ в «Нью-Йорк Таймс» появилось сообщение о предстоящих высотных ядерных взрывах «Аргус» над Южной Атлантикой.
источник
11 августа 1958 г. в редакцию поступила статья С. Ф. Зингера, в которой он впервые ввел понятие «радиационный пояс Земли». Автор представлял его как полость, заполненную заряженными частицами, которые совершают вращательные, колебательные и дрейфовые движения относительно силовых линий геомагнитного поля.
12 августа 1958 г. над о. Джонстон в 10 ч 30 мин 08 с UT на высоте 42,97 км был произведен второй термоядерный взрыв «Орендж». В этот же день в редакцию журнала поступила вторая статья С. Ф. Зингера о радиационном поясе.
Исходя из всего вышеизложенного, с очевидностью следует, что ответить на вопрос о приоритете первооткрывателей точнее всего можно словами самого Дж. Ван Аллена из его письма в журнал «Тайм» 1959 г.: «...вклады американских и советских исследователей в понимании огромной радиационной области перемежались за последние 15 месяцев».
То есть факты со всей очевидностью говорят, что исследования советских и американских ученых дополняли друг друга - первыми потоки измерил русские, третий инвариант доказали американцы, а объяснение придумывали вместе.
И хотя на Западе РПЗ называют поясами Ван-Аллена, эта история наглядно показывает, что сотрудничество куда эффективнее вражды, банально, не правда ли?
1. Кузнецов С.Н, Тверская Л.В. Модель космоса. Т. I. Физические условия в космическом пространстве. Глава 2. Радиационные поясса Земли (под ред. проф. Панасюка М.И.). Университет, Книжный дом. М., 2007. С.627-641.
2. Тёмный В.В. «История открытия радиационных поясов Земли: кто же, когда и как?» // Земля и Вселенная. 1993. №5
Комментарии (0)