Излучение радиационных поясов Земли

Радиационные пояса Земли – это области пространства, заполненные заряженными частицами, захваченными магнитным полем Земли. Потоки этих частиц на много порядков превышают потоки частиц космических лучей, поэтому первые же полеты спутников на больших высотах привели к открытию радиационных поясов Земли.

Действительно, на всякую наряженную частицу, двигающуюся в магнит-ном поле, действует сила Лоренца, которая пропорциональна индукции магнитного поля (В), скорости движения частицы (v) и величине заряда частицы (q)

Это означает, что постоянное во времени магнитное поле можно изменить только направление движения частицы и не может повлиять на абсолютную величину скорости или энергию частицы.

В дипольном магнитном поле Земли, даже если оно будет постоянным во времени, движение заряженной частицы будет носить сложный характер. В этом случае заряженная частица, если энергия не слишком велика, будет двигаться вдоль силовых линий магнитного поля В по спиральной траектории, как бы навиваясь на силовую линию (рис. 2). Однако шаг спирали, по которой движется частица, будет постепенно уменьшаться из-за увеличения индукции магнитного поля при приближении силовых линий к магнитным полюсам Земли. В некоторой точке – точке отражения – шаг спирали становится равным нулю, частица отражается, и ее движение будет происходить в обратном направлении.

Рис. 2. Примерный характер движения заряженной частицы в дипольном магнитном поле Земли. (В процессе колебательных движений между точками, в которых происходит отображение этой частицы, она постепенно дрейфует вокруг Земли, попадая после полного оборота на ту же силовую линию).

Прежде чем космическая частица дойдет до верхних слоев земной атмосферы, она должна преодолеть протяженные области магнитного поля Земли. Частицы космической радиации так же, как и любые другие заряженные частицы, при прохождении через магнитное поле отклоняются этим полем, и на Землю попадают только те из них, которые обладают энергией, достаточной для преодоления отклоняющего действия магнитного поля. Наиболее сильно отклоняющее действие магнитного поля Земли сказывается в области геомагнитного экватора. В область магнитных полюсов Земли заряженные частицы могут попасть бел заметных отклонений при их движении вдоль направления магнитных силовых линий. Таким образом, магнитное поле Земли производит как бы сортировку частиц по энергиям.

Излучение радиационных поясов Земли состоит в основном из электронов и протонов, не имеющих высокой энергии, а потому непроницаемых для алюминиевых экранов корабля. При прохождении сквозь радиационный пояс мощность дозы, которой подвергаются космонавты внутри корабля, может достигать порядка 0,1 Гр/ч и даже больше. Легко доказать, что экспозиция в течение нескольких дней при такой мощности дозы излучения окажется смертельной. Поэтому время пребывания корабля в зоне радиационных поясов Земли должно быть значительно ограничено. Космические полеты, связанные с пребыванием на околоземной орбите в течение недель или месяцев, как, например, во время полетов космических станций «Мир», проводятся на более низкой высоте, составляющей всего 100–200 км над Землей, чтобы избежать влияния на экипаж этой захваченной геомагнитным полем радиации

Солнечные лучи

Космические лучи, идущие от Солнца, представляют главным образом протоны широкого энергетического диапазона. Иногда могут присутствовать в значительном количестве и?-частицы.

Первые заряженные частицы способны достичь земной поверхности приблизительно через 15 минут после того, как вспышка на поверхности Солнца становится видимой. В солнечном излучении, падающем на верхнюю границу атмосферы, преобладают инфракрасные лучи (55%), которые не фильтруются атмосферой Земли и нагревают сушу и океан. 40% – это лучи видимого спектра, приводящие в действие сложна машину фотосинтеза и позволяющие всем нам ориентироваться в окружающем мире и видеть красоту окружающей среды. 5% составляют ультрафиолетовые лучи (УФ-лучи) с длиной волны от 100 до 400 нм.

Электромагнитное излучение Солнца. Это видимый свет, инфра-красное, ультрафиолетовое, рентгеновское,?-излучение, а также излучение в области радиоволн. Все эти излучения имеют одну и ту же физическую при-роду и представляют собой электромагнитные волны. Каждое из указанных излучений отличается друг от друга только длиной волны. Именно длина волны определяет энергию и поэтому – и пробивную способность данного излучения, его способность проникать через различные вещества. Чем короче длина волны, тем больше энергия, тем легче излучению проникать через вещество, которое имеется на его пути. Например, рентгеновские лучи и видимый свет отличаются только длиной волны. У рентгеновских лучей длина волны намного меньше, чем у видимого света. Именно поэтому рентгеновские лучи проходят через организм человека насквозь, а видимый свет задерживается одеждой.

В видимой области спектра находится примерно половина всей приходящей к земной поверхности солнечной энергии.

Ультрафиолетовое излучение Солнца принято делить в зависимости от длины волны на три диапазона. Диапазон А включает УФ-излучение с длина-ми волн меньше 400 нм и больше 320 нм. Диапазон В находится в пределах 280–320 нм, а диапазон С включает излучение с длинами волн от 200 до 280 нм.

Ультрафиолетовое излучение в диапазоне А озоном не поглощается.. Биологическое действие УФ-А излучения изучено пока что недостаточно. Если облучение лучами диапазона А сопровождается действием определенных химических веществ, то оно становится вредным для здоровья людей.

УФ-С лучи самые коротковолновые, но не менее опасны, чем рентгеновские. Если бы они доходили до нас сквозь атмосферу Земли, то поглощались бы в верхнем слое кожи, буквально сжигая его. Хорошо, что УФ-С лучи полностью рассеиваются атмосферой Земли.

УФ-лучи диапазона В – самые опасные. Они в тысячу раз более канцерогенны, чем лучи диапазона Л, но их отфильтровывает озонный слой атмосферы Земли.

В небольших дозах УФ радиация Солнца благоприятно сказывается на человеке и животных. Это связано, по-видимому, с распадом белков кожного покрова, в результате которого выделяются вещества, обладающие защитным действием. Результаты медицинского обследования показали, что в северных районах России в результате недостаточного УФ облучения заболеваемость детей пневмонией в два раза, рахитом – в 2,5–3,0 раза ниже, чем в южных районах.

Кроме того, УФ облучение способствует выработке в организме человека, животных и птиц витамина D3, регулирующего процесс кальциевого обмена.

Но совершенно противоположное действие оказывает УФ облучение в повышенных или больших дозах. Под их влиянием происходит распад важнейших частей клеток. В клетке возникают вещества, блокирующие процессы воспроизводства ДНК и синтеза РНК.

Не так давно установлено, что ультрафиолетовые лучи сильно влияют на иммунную систему человеческого организма, тормозя работу клеток Лангерганса. И, напротив, недавно показано, что ультрафиолетовые лучи активизируют многие вирусы, включая вирус СПИДа. Ученые предупреждают, что у лиц, больных вирусными заболеваниями и любящих загорать, болезнь протекает тяжелее.

Озонный щит Земли. В атмосфере Земли содержится очень мало озона, всего4 10-7об.%. Однако он создал на Земле такие условия, благодаря которым на нашей планете зародилась и продолжает развиваться жизнь.

Озон (О3) – это второе относительно устойчивое соединение которое нА-ряду с обычной формой О2 может образовывать кислород. Озон появился на Земле, как только в атмосфере начал появляться кислород. Благодаря поглощению коротковолнового ультрафиолетового излучения он сразу же стал защитой живого на поверхности Земли. Стал возможным и переход живых организмов из водной среды на поверхность Земли, и по явление земноводных, а затем и животных.

Весь спектр поглощения озона от 230 до 300 нм представляет биологически активную область. Как известно, нуклеиновые кислоты поглощают?-лучи примерно в том же диапазоне 240–300 нм причем, нуклеиновая кислота покрыта еще оболочкой из белка который имеет полосу поглощения 250–400 нм. Таким образом нуклеиновая кислота защищена от губительного действия солнечной радиации, вызывающей мутации и гибель клетки.

На суше и в атмосфере смертельная угроза человечеству исходит от всеобщего истощения стратосферного озонового слоя.

Это единственный своего рода тонкий экран, составляющий при атмосферном давлении всего лишь 2,0–2,5 миллиметра который защищает людей и всю живую природу от жестокого ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучений солнечного спектра.

Запуск десятков тысяч мощных ракет, ежедневные полеты реактивных самолетов в высоких слоях атмосферы, испытан и атомного и термоядерного оружия, ежегодное уничтожение природного озонатора миллионов гектаров леса – пожарами и хищнической вырубкой, массовое применение фреонов в технике, парфюмерной промышленности и бытовой химии – это главные факторы, разрушающие озоновый экран Земли.