Van Allen-bältena: Jordens strålningsbälten i magnetosfären

Van Allen-bältena: Upptäck Jordens strålningsbälten i magnetosfären — hur de skyddar atmosfären, påverkar satelliter och vad NASA:s fynd avslöjar.

Van Allen-strålningsbältet är zoner i jordens magnetosfär där laddade partiklar fångas in och cirkulerar i magnetfältet. Partiklarna kommer främst från solvinden och från kosmisk strålning. När dessa partiklar leds om och hålls kvar av magnetfältet skyddar det atmosfären och livet på jorden genom att avleda stora delar av den högenergetiska strålningen.

Jorden har två huvudbälten — ett inre och ett yttre — och under vissa stormar kan även tillfälliga, tredje bälten uppstå. Bältena upptäcktes 1958 av James Van Allen med instrument ombord på tidiga amerikanska rymdsonder. De två huvudbältena sträcker sig ungefär från en höjd av cirka 500 km upp till omkring 58 000 km (310 till 36 040 mi), men deras exakta gränser varierar beroende på solaktivitet och geomagnetiska förhållanden.

Inre och yttre bältet — vad består de av?

De två bältena har olika sammansättning och egenskaper:

• Inre bältet (närmast jorden) domineras av högenergetiska protoner och ligger vanligen på lägre höjder. Protonernas energi kan nå upp till hundratals MeV, vilket gör det inre bältet särskilt farligt för satelliters elektronik och instrument när de passerar genom området.
• Yttre bältet består mestadels av högenergetiska elektroner (från några keV upp till flera MeV). Det yttre bältet är mer dynamiskt och förändras kraftigt under magnetiska stormar.

Hur bildas och förändras bältena?

Partiklar fångas i magnetfältet och rör sig i spiralbanor längs fältlinjerna, reflekteras mellan norr- och sydpolen och kan långsamt drivas mot eller bort från jorden genom processer som radial diffusion och våg-partikel-interaktioner. Starka utbrott från solen — som koronamassutkastningar och solstormar — kan tillföra nya partiklar eller accelerera befintliga partiklar, vilket förändrar bältens intensitet på tidsskalor från timmar till veckor. År 2013 rapporterade NASA att Van Allen-sonderna upptäckte ett tredje, tillfälligt strålningsbälte som fanns i ungefär fyra veckor innan det förstördes av en kraftig, interplanetär chockvåg från solen.

Risker och konsekvenser för rymdverksamhet

Bältena utgör en risk för satelliter, rymdfarkoster och astronauter:

• Hög strålningsdos kan skada elektronik genom så kallade single-event effects (SEEs) och gradvis försämra komponenter och solpaneler.
• Astronauter som vistas i dessa områden utan tillräckligt skydd utsätts för ökade strålningsdoser, vilket kräver särskild planering vid längre uppdrag.
• Den inre bältens närvaro skapar även områden av förhöjd strålning i låg omloppsbana, till exempel South Atlantic Anomaly (SAA), där bältet kommer närmare jordytan och orsakar fler störningar i satelliter i låga banor.

Hur hanteras riskerna?

• Satelliter och instrument som passerar genom bältena byggs ofta med strålningstålig (radiation-hardened) elektronik och extra avskärmning.
• Operatörer kan planera banor och driftlägen för att minimera exponering, eller sätta fartyget i säkert läge under stark rymdaktivitet.
• Rymdväderprognoser och övervakning — inklusive data från specialiserade sonder som Van Allen Probes — hjälper till att förutsäga förändringar i bältena och varna operatörer.

Vetenskaplig betydelse och jämförelser

Studier av Van Allen-bältena ger viktig kunskap om grundläggande processer inom plasmafysik och våg-partikel-interaktioner i magnetosfärer. Liknande strålningsbälten finns kring andra planeter med starka magnetfält, till exempel Jupiter, där strålningsmiljön är ännu kraftigare än kring jorden.

Sammanfattningsvis är Van Allen-bältena dynamiska regioner i jordens magnetosfär som både skyddar jorden från en del av solens partiklar och utgör en utmaning för rymdteknik och bemannade rymduppdrag. Genom kontinuerlig observation och bättre förståelse kan vi minska riskerna och utnyttja kunskapen för säkrare rymdfärder.

Frågor och svar

F: Vad är ett Van Allen-strålningsbälte?

F: Hur många Van Allen-strålningsbälten har jorden?

F: Vem upptäckte Van Allens strålningsbälten?

F: Hur långt sträcker sig jordens två huvudbälten?

F: Var ligger Van Allen-strålningsbältena?

F: Vad fångar Van Allens strålningsbälten upp?

F: Varför behöver satelliter tillräckligt skydd om de tillbringar tid i Van Allens strålningsbälte?

Sök med bokstav