الفلك

هل تحتوي الكواكب الأخرى ذات المجال المغناطيسي أيضًا على حزامي Van Allen؟

هل تحتوي الكواكب الأخرى ذات المجال المغناطيسي أيضًا على حزامي Van Allen؟



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

في كوكب المشتري وزحل ، يُرى الشفق القطبي حول قطبي الكوكب ، وهذا يعني أنه يجب أن يكون هناك نوع من المجال المغناطيسي حول تلك الكواكب. ربما حتى القمر يوروبا يمكن أن يكون لديه مجال مغناطيسي ناتج عن الماء المالح (هل هو كذلك؟).

لدينا على الأرض حزامان إشعاعيان ، حزام داخلي وآخر خارجي. يحتوي أحدهما على إلكترونات والآخر يحتوي على بروتونات في الغالب. هل تمتلك الكواكب الأخرى أيضًا هذين الحزامين الإشعاعيين؟


نعم ، كوكب المشتري وزحل لهما أحزمة إشعاع خاصة بهما. كوكب المشتري قوي للغاية ، وهذا هو السبب في أن جميع الأجهزة الإلكترونية الحساسة لجونو يجب أن تكون مقواة بالإشعاع وحمايتها داخل قبو. ولهذا السبب أيضًا سيكون جونو في مدار قطبي يقوم برحلات طيران على كوكب المشتري ، بدلاً من الدوران حوله عن كثب.

يتم بالفعل فصل هذه النطاقات المغناطيسية إلى أجزاء داخلية وخارجية. من ويكيبيديا:

ينقسم الغلاف المغناطيسي لكوكب المشتري تقليديًا إلى ثلاثة أجزاء: الغلاف المغناطيسي الداخلي والوسطى والخارجي. يقع الغلاف المغناطيسي الداخلي على مسافات أقرب من 10 RJ من الكوكب. يظل المجال المغناطيسي بداخله ثنائي القطب تقريبًا ، لأن المساهمات من التيارات المتدفقة في طبقة البلازما الاستوائية في الغلاف المغناطيسي صغيرة. في الوسط (بين 10 و 40 RJ) والأغلفة المغناطيسية الخارجية (أكثر من 40 RJ) ، لا يكون المجال المغناطيسي ثنائي القطب ، ويضطرب بشدة بسبب تفاعله مع لوح البلازما (انظر القرص المغناطيسي أدناه). تم رسم الحزام المغناطيسي الداخلي للمشتري بواسطة جاليليو ، مما يدل على أنه يحتوي على إلكترونات عالية الطاقة. تؤدي الانفجارات من Io إلى احتواء الجزء الأوسط من الغلاف المغناطيسي على كميات هائلة من أيونات العناصر المختلفة.

وبالمثل ، ينقسم الغلاف المغناطيسي لكوكب زحل إلى أجزاء منفصلة. ومع ذلك ، هناك 4 مناطق للمجال المغناطيسي لزحل ، وهي مفصولة بأنواع الجسيمات التي تحتوي عليها. تنتج هذه الجسيمات عن تفاعلات مع أقمار زحل المختلفة ، وكذلك نظام حلقاته.

اكتشف مسبار جاليليو أن يوروبا ينتج حقلاً مغناطيسيًا ضعيفًا ، نتيجة محيطه تحت السطحي. يحتوي هذا المحيط على تيار مستحث تم إنشاؤه من أوروبا يتحرك عبر الغلاف المغناطيسي للمشتري ، والذي بدوره يخلق مجالًا مغناطيسيًا. هذا المجال المغناطيسي هو في الواقع أحد الأشياء التي دفعت العديد من العلماء إلى وضع نظرية حول المحيط تحت السطحي.

ومع ذلك ، فإن هذه الأحزمة ليست أحزمة "Van Allen". هذا الاسم محجوز بدقة لأحزمة إشعاع الأرض.


"الدرع المغناطيسي" للأرض وأحزمة Van Allen للإشعاع

في حالة عدم معرفتك ، يعد الكون مكانًا معاديًا بشكل رهيب لمعظم أشكال الحياة. خذ نجمنا ، على سبيل المثال. تعطي الشمس الحياة لكل شيء على الأرض ، لكنها أيضًا جحيم عنيف (قادر على تدمير كل الكائنات الحية). لحسن الحظ ، كوكبنا لديه حماية - إنه محاط بمجال قوة مغناطيسية. حسنًا ، ربما يكون "مجال القوة" مثيرًا بعض الشيء ، لكن الوصف الفعلي ملهم أيضًا. يتم تغليف الأرض في مجال مغناطيسي ، يتم إنشاؤه بواسطة قلب الحديد السائل الدوار في مركز الكوكب (المعروف أيضًا باسم "الدينامو").

في النهاية ، يحمي هذا الدرع المغناطيسي الحياة على كوكبنا من الفناء التام.


حزام إشعاع فان ألين

سيراجع محررونا ما قدمته ويحددون ما إذا كان ينبغي مراجعة المقالة أم لا.

حزام إشعاع فان ألين، مناطق على شكل كعكة دائرية من جزيئات مشحونة عالية الطاقة محاصرة على ارتفاعات عالية في المجال المغناطيسي للأرض. تم تسمية المناطق باسم جيمس أ.فان ألين ، الفيزيائي الأمريكي الذي اكتشفها في عام 1958 ، باستخدام البيانات التي أرسلها القمر الصناعي الأمريكي إكسبلورر.

تكون أحزمة Van Allen أكثر كثافة فوق خط الاستواء وتغيب فعليًا فوق القطبين. لا توجد فجوة حقيقية بين المنطقتين اللتين يدمجان فعليًا تدريجيًا ، حيث يظهر تدفق الجسيمات المشحونة منطقتين من الكثافة القصوى. تتمركز المنطقة الداخلية على ارتفاع 3000 كيلومتر (1860 ميل) فوق سطح الأرض. تتمركز المنطقة الخارجية ذات الكثافة القصوى على ارتفاع يتراوح بين 15000 و 20000 كم (9300 إلى 12400 ميل) ، على الرغم من أن بعض التقديرات تضعها في مكان أعلى من السطح مثل ستة أنصاف أقطار أرضية (حوالي 38000 كم [23700 ميل]).

يتكون حزام Van Allen الداخلي إلى حد كبير من البروتونات عالية الطاقة ، مع طاقة تتجاوز 30000000 إلكترون فولت. تبلغ شدة ذروة هذه البروتونات ما يقرب من 20000 جسيم في الثانية تعبر منطقة كروية تبلغ 1 سم مربع في جميع الاتجاهات. يُعتقد أن بروتونات الحزام الداخلي تنشأ من اضمحلال النيوترونات الناتجة عندما تصطدم الأشعة الكونية عالية الطاقة من خارج النظام الشمسي بذرات وجزيئات الغلاف الجوي للأرض. يتم طرد بعض النيوترونات مرة أخرى من الغلاف الجوي أثناء انتقالها عبر منطقة الحزام ، وتتحلل نسبة صغيرة منها إلى بروتونات وإلكترونات. تتحرك هذه الجسيمات في مسارات لولبية على طول خطوط قوة المجال المغناطيسي للأرض. عندما تقترب الجسيمات من أي من القطبين المغناطيسيين ، تؤدي الزيادة في قوة المجال إلى انعكاسها. بسبب ما يسمى بتأثير المرآة المغناطيسية ، ترتد الجسيمات ذهابًا وإيابًا بين القطبين المغناطيسيين. بمرور الوقت ، تصطدم بالذرات في الغلاف الجوي الرقيق ، مما يؤدي إلى إزالتها من الحزام.

يحتوي حزام Van Allen الخارجي على جسيمات مشحونة من كل من الغلاف الجوي والشمس ، ويتكون الأخير بشكل كبير من أيونات الهيليوم من الرياح الشمسية (تيار مستمر من الجسيمات المنبعثة من الشمس). تمتلك بروتونات الحزام الخارجي طاقات أقل بكثير من تلك الموجودة في الحزام الداخلي ، وتدفقها أعلى بكثير. الجسيمات الأكثر نشاطًا في الحزام الخارجي هي الإلكترونات ، التي تصل طاقاتها إلى عدة مئات من ملايين الإلكترون فولت.

تشير الدراسات إلى أن النشاط الشمسي المكثف ، مثل القذف الكتلي الإكليلي ، قد يؤدي أحيانًا إلى تقليل المنطقة الخارجية وينتج منطقة ثالثة عابرة من الجسيمات المشحونة بين المنطقتين الخارجية والداخلية. يتسبب النشاط الشمسي الشديد أيضًا في حدوث اضطرابات أخرى في أحزمة Van Allen ، والتي ترتبط بدورها بظواهر مثل الشفق القطبي والعواصف المغناطيسية. أنظر أيضا العاصفة المغناطيسية الشفق.

تمت مراجعة هذه المقالة وتحديثها مؤخرًا بواسطة محرر John P. Rafferty.


ما هو بالضبط حزام فان ألين الإشعاعي؟

وما تأثيره على السفر إلى الفضاء؟ هل للكواكب الأخرى أحزمة إشعاعية مماثلة ، مثل المريخ على سبيل المثال؟ وإذا كان الأمر كذلك ، فكيف ستؤثر على البعثات والمستوطنات المستقبلية على المريخ أو أي كوكب أجنبي آخر؟

يمكنك التفكير بشكل أساسي في حزام Van Allen كزجاجة مغناطيسية. يحبس غلافنا المغناطيسي جزيئات الرياح الشمسية المشحونة في حلقة حول الأرض.

هذه الجسيمات عالية الطاقة إلى حد ما حيث يتم تسريعها ذهابًا وإيابًا بواسطة مجالنا المغناطيسي. ستخضع أي مركبة فضائية تمر عبر هذه المنطقة لبعض الإشعاع عالي الكثافة - ليس من قبيل المصادفة أنه من بين 36 رائد فضاء سافروا عبر أحزمة فان ألين ، أصيب 33 في نهاية المطاف بإعتام عدسة العين.

هذا يعني أيضًا أنه يجب أن يكون لديك مجال مغناطيسي قوي لتوليد مثل هذه الحلقة. نظرًا لعدم احتواء المريخ على مجال مغناطيسي جوهري ، فإنه لا يحتوي أيضًا على حزام Van Allen المكافئ. من ناحية أخرى ، يمتلك كوكب المشتري مجالًا مغناطيسيًا قويًا بشكل لا يصدق ، وبالتالي لديه حزام فان ألين شديد الكثافة - يمكنك رؤية الرسوم المتحركة له هنا أثناء دوران الكوكب ، والتقاطها بأطوال موجات الراديو.

حسنًا ، نظرًا لوجود حديث عن إعادة تأهيل المريخ ، نظرًا لاحتمال إحداث تغيير في النظم البيئية للمريخ ، فهل يمكننا أيضًا إنشاء مجال مغناطيسي؟ والذي بدوره سيخلق بعض مظاهر أحزمة Van Allen للأرض بمرور الوقت ، أليس كذلك؟

حقًا ، لدي فضول بشأن معقولية تسوية واستعمار المريخ.

سامحني إذا كانت هذه الأسئلة تبدو جهلة.

إنها منطقة من الجسيمات النشطة التي تم تركيزها في أحزمة بواسطة المجال المغناطيسي للكواكب ، أي كوكب به مجال مغناطيسي يمكن أن يكون له أحزمة إشعاعية مثل الأرض والمشتري. لا يحتوي المريخ على مجال مغناطيسي وبالتالي لا يحتوي على أحزمة Van Allen

هناك مشكلتان هنا: (1) الغلاف الجوي هو حقًا الشيء الذي & quot؛ يوقف & quot؛ جزيئات الطاقة العالية من اصطدامها بسطح الأرض والأشخاص الذين يعيشون هناك. لذلك ، يعاني المريخ بطريقتين - ليس لديه مجال مغناطيسي كبير لتشتيت الرياح الشمسية وجزيئات الطاقة الشمسية الأخرى ، ولا يتمتع بجو قوي لإيقاف تلك الجسيمات أيضًا (على الرغم من أن الغلاف الجوي قوي بما يكفي لإيقاف هذه الجسيمات) وقف الكثير من الجسيمات الشمسية). (2) إن أحزمة Van Allen هي في الواقع نتيجة لامتلاكنا مجال مغناطيسي. تدخل جزيئات الرياح الشمسية منخفضة الطاقة إلى غلافنا المغناطيسي من خلال إعادة الاتصال والانتشار ، ثم يتم تسريعها إلى طاقات عالية جدًا من خلال آليات مختلفة مثل تفاعلات الموجة والجسيمات. تعتبر الأحزمة الإشعاعية مكانًا ينحرف فيه المجال المغناطيسي عن جزيئات الطاقة العالية للغاية ، وهو مكان يتم فيه احتجاز الجسيمات منخفضة الطاقة وتوليد طاقة عالية. يحتوي كوكب المشتري على أحزمة إشعاعية فائقة الطاقة ، وسيكون من الصعب للغاية على البشر العيش في الغلاف المغناطيسي للمشتري.

لذلك ، في بعض الأحيان يكون من الأفضل عدم وجود مجال مغناطيسي. على سبيل المثال ، كوكب الزهرة ليس مكانًا رائعًا للعيش فيه ، نظرًا لأن ضغط السطح كبير بشكل لا يصدق ، ولكن إذا كنت تعيش هناك ، فلا داعي للقلق بشأن الإشعاع ، نظرًا لعدم وجود جزيئات نشطة ستنزل إلى السطح. حتى بدون مجال مغناطيسي!


محتويات

وُلد فان ألين في 7 سبتمبر 1914 في مزرعة صغيرة بالقرب من ماونت بليزانت ، أيوا ، وهو الثاني من بين أربعة أبناء لألفريد موريس وألما أولني فان ألين ، وهي امرأة من أصل هولندي (فان ألين كونها هولندية لـ "من Allen / Aalden" [5]). نشأ في بلدة ماونت بليزانت الصغيرة ، على بعد 45 ميلاً جنوب مدينة آيوا. عندما كان طفلاً ، كان مفتونًا بالأجهزة الميكانيكية والكهربائية وكان قارئًا نهمًا لمجلات Popular Mechanics و Popular Science. لقد أرعب والدته ذات مرة من خلال بناء ملف تسلا الذي أنتج شرارات بطول القدم وتسبب في توقف شعره. [6] ينسب Van Allen الفضل إلى C. A. Cottrell ، مدرس العلوم في مدرسته الثانوية ، لتحفيز اهتمامه الأولي بالعلوم. طور اهتمامات متوازية في الحرف الخشبية والمعدنية وأداء جيدًا في مواضيع أخرى ، وأصبح طالبًا متفوقًا في صف مدرسة ماونت بليزانت الثانوية عند تخرجه في يونيو 1931. وكان عنوانه كمتفوق: باكس رومانا ، باكس أمريكانا.

مع اهتمامه القوي بالأشياء البحرية (التي احتفظ بها طوال حياته) ، خضع لامتحانات القبول للدخول إلى الأكاديمية البحرية الأمريكية أثناء وجوده في المدرسة الثانوية. مع الدرجات الممتازة ، وبدعم من عضو الكونجرس المحلي ، ويليام ف. كوب ، تقدم بطلب للقبول. سارت الأمور على ما يرام في البداية ، ولكن عندما ظهر للفحص البدني ، تم رفضه لثلاثة أسباب: قدمه المسطحة ، ونقص البصر إلى حد ما ، وعدم القدرة على السباحة. ومن ثم ، اتبع طريقًا مختلفًا.

بعد المدرسة الثانوية ، ذهب فان ألين إلى كلية آيوا ويسليان في ماونت بليزانت. هناك ، خلال صيف عام 1932 ، بعد إكمال سنته الأولى ، تعرف فان ألين على أبحاث الجيوفيزياء تحت إشراف أستاذ الفيزياء توماس سي بولتر. كان فان ألين معجبًا جدًا بهذا المعلم المبكر. ذكر في إحدى رسومات سيرته الذاتية ، "بولتر ، [كان] أحد التجريبين الأكثر إلهامًا وإبداعًا الذين عرفتهم من قبل أو منذ ذلك الوقت." وظفه بولتر كمساعد صيفي ، بسعر 35 سنتًا في الساعة ، تدفع من حين لآخر ". [7] تخصص فان ألين في الفيزياء وتخرج بامتياز مع 37 من زملائه في يونيو 1935.

تم اختيار بولتر من قبل الأدميرال ريتشارد إي بيرد ليكون كبير علماءه لبعثة بيرد أنتاركتيكا الثانية 1933-1935. كان لديه مهمة التخطيط وإجراء التحقيقات الجيوفيزيائية خلال تلك الرحلة الاستكشافية. ساعد فان ألين بولتر في تلك الاستعدادات. تضمنت مساهماته تطوير عدد من الأدوات ، بما في ذلك جهاز قياس الزلازل البسيط ومقياس الإمالة لتسجيل تحول الأسطح الجليدية.

تم تكليف Van Allen بفحص مقياس مغناطيسي حساس على سبيل الإعارة من قسم المغناطيسية الأرضية (DTM) من معهد كارنيجي بواشنطن العاصمة. أثناء تعلمه استخدام مقياس المغناطيسية وجهاز المزواة المرتبط به ، أجرى مسحًا للمجال المغناطيسي لمقاطعة هنري بولاية أيوا ، والذي تم تضمينه في الشبكة الوطنية لعام 1932 التي نشرتها دائرة المغناطيسية الأرضية. بعد تفكيره في مقياس المغناطيسية هذا ، أشار إليه على أنه ". أجمل أداة استخدمتها على الإطلاق." خلال عمله مع بولتر ، تعلم فان ألين ممارسة ورشة الآلات ونفخ الزجاج واللحام والنحاس وتقنيات الفراغ والأهم من ذلك ، العناصر الأساسية للبحث التجريبي الأصلي. [6]

دعا بولتر فان ألين لمرافقته في بعثة أنتاركتيكا ، لكن والدي فان ألين عارضوا الاقتراح. كان عليه أن يكتفي بالاستماع بشغف إلى التقارير الإذاعية قصيرة الموجة من Little America لمتابعة تقدم الحملة. كان هو ، مع بقية العالم ، مشحونًا بإنقاذ بولتر البطولي للأدميرال بيرد من وقفته الاحتجاجية المنعزلة في محطة القطب الجنوبي في أغسطس 1934. [8]

تم تكريم بولتر وبيرد من خلال عرض عام في ماونت بليزانت في الصيف التالي ، وألقى الأدميرال بيرد خطاب البدء الرئيسي في تمارين تخرج فان ألين. ذهب فان ألين إلى جامعة "عائلته" ، جامعة ولاية أيوا ، للعمل في الدراسات العليا في الفيزياء. كان عدد أعضاء هيئة التدريس في الفيزياء في ذلك الوقت خمسة ، جورج دبليو ستيوارت (رئيس القسم من عام 1909) ، وجون إيه إلدريدج ، وإدوارد ب. ت. تيندال ، وكلود جيه لاب ، وألكسندر إليت. كانت أطروحة ماجستير فان ألين في فيزياء الجوامد ، مع تيندال مستشارًا له ، بعنوان: جهاز حساس لتحديد معامل الشباب في سلالات التوتر الصغيرة. حصل على ماجستير. في نهاية عامه الأول هناك ، في عام 1936. سمحت له الزمالة بمواصلة دراسة الفيزياء النووية في معهد كارنيجي في واشنطن العاصمة ، حيث انغمس أيضًا في الأبحاث في المغناطيسية الأرضية والأشعة الكونية والفيزياء الشفقية وفيزياء الغلاف الجوي العلوي للأرض.

تابع فان ألين درجة الدكتوراه. البحث مع البروفيسور إليت ، الذي كان يحول تركيزه الأساسي في ذلك الوقت من الحزم الذرية إلى الفيزياء النووية التجريبية. كجزء من عمله ، قام Van Allen ، مع روبرت Huntoon وآخرين ، ببناء مصدر طاقة عالي الجهد ومسرع من Cockroft-Walton. بعد الكثير من العمل الشاق والإقناع الدؤوب للآلة الشريرة ، تمكن في النهاية من إجراء زوج من الأشواط الناجحة ، مما أدى إلى أطروحته: المقطع العرضي المطلق للتفكك النووي H2 + H2 & gt H3 + H1 واعتماده على طاقة القصف [50 إلى 380 كيلوفولت]. حصل على الدكتوراه. درجة في يونيو 1939. [9]

في أغسطس 1939 ، انضم فان ألين إلى قسم المغناطيسية الأرضية (DTM) في معهد كارنيجي في واشنطن العاصمة كزميل أبحاث في كارنيجي. في ذلك الوقت ، كانت DTM مركزًا عالميًا للفيزياء النووية ، مع Merle Tuve كقوة دافعة لها. خلال الفترة من 1939 إلى 1940 ، عمل فان ألين مع نيكولاس مونرو سميث جونيور على التفكيك الضوئي للديوتيريوم بواسطة أشعة جاما ، ومع نورمان رامزي على قياس المقاطع العرضية للنيوترون والبروتون باستخدام عداد تناسبي ابتكره لمراقبة بروتونات الارتداد.

عبر Van Allen فجوة الثقافة في DTM من الفيزياء النووية إلى البحث التقليدي للقسم في المغناطيسية الأرضية والأشعة الكونية والفيزياء الشفقية وفيزياء الغلاف الأيوني. تحت تأثير باحثين مثل سكوت فوربوش وهاري فيستين وسيدني تشابمان وجوليوس بارتلز ، تضاءل اهتمام فان ألين بالفيزياء النووية منخفضة الطاقة. لقد عقد العزم على جعل المغناطيسية الأرضية والأشعة الكونية والفيزياء الشمسية - الأرضية مجالات بحثه ، لكن هذا التحول كان يجب أن ينتظر اكتمال مساهمات فان ألين في زمن الحرب.

في صيف عام 1940 ، انضم إلى جهود الدفاع الوطني في مصفوفة تتبع النزوح مع تعيينه في منصب أركان في القسم T مع لجنة أبحاث الدفاع الوطني (NDRC) في واشنطن العاصمة حيث عمل على تطوير الصمامات الكهروضوئية والصمامات القريبة من الراديو ، وهي الصواعق التي تزيد من فعالية النيران المضادة للطائرات. أصبح مشروع NDRC آخر مشروع مانهاتن للقنبلة الذرية في عام 1941. مع اندلاع الحرب العالمية الثانية ، تم نقل عمل الصمامات التقريبية إلى مختبر الفيزياء التطبيقية (APL) الذي تم إنشاؤه حديثًا (APL) بجامعة جونز هوبكنز في أبريل 1942. [10] حول تحسين صلابة الأنابيب المفرغة المعرضة للاهتزاز من بطارية البندقية. نتج عن العمل في APL جيل جديد من صمامات القرب اللاسلكي للدفاع المضاد للطائرات للسفن وقصف الشاطئ.

تم تكليف فان ألين كملازم في البحرية الأمريكية في نوفمبر 1942 وخدم لمدة 16 شهرًا في سلسلة متوالية من مدمرات أسطول جنوب المحيط الهادئ ، حيث قام بتوجيه ضباط المدفعية وإجراء اختبارات على صمامات المدفعية. كان مساعدًا لضابط المدفعية في البارجة يو إس إس واشنطن عندما نجحت السفينة في الدفاع عن نفسها ضد هجوم كاميكازي الياباني أثناء معركة بحر الفلبين (19-20 يونيو 1944). لأفعاله في المحيط الهادئ ، حصل Van Allen على أربع نجوم معركة. [11] تمت ترقيته إلى رتبة ملازم أول في عام 1946. وكتب في مقال عن سيرته الذاتية عام 1990: "خدمتي كضابط بحري كانت ، بعيدًا وبعيدًا ، أوسع تجربة في حياتي". [6]

بعد تسريحه من البحرية عام 1946 ، عاد فان ألين إلى البحث المدني في APL. قام بتنظيم وتوجيه فريق في جامعة جونز هوبكنز لإجراء تجارب على ارتفاعات عالية باستخدام صواريخ V-2 التي تم الاستيلاء عليها من الألمان في نهاية الحرب العالمية الثانية. قرر فان ألين أن هناك حاجة إلى صاروخ سبر صغير لأبحاث الغلاف الجوي العلوي. تم تطوير صاروخ Aerojet WAC Corporal وصاروخ Bumblebee في إطار برنامج للبحرية الأمريكية. لقد رسم مواصفات صاروخ السبر Aerobee وترأس اللجنة التي أقنعت الحكومة الأمريكية بإنتاجه. كانت أول طائرة Aerobee تحمل أداة كانت A-5 ، والتي تم إطلاقها في 5 مارس 1948 من وايت ساندز ، نيو مكسيكو ، وهي تحمل أدوات لأبحاث الإشعاع الكوني ، ووصلت إلى ارتفاع 117.5 كم.

انتخب فان ألين رئيسًا للوحة الغلاف الجوي العلوي V-2 في 29 ديسمبر 1947. أعيدت تسمية اللوحة باسم لوحة أبحاث الصواريخ في الغلاف الجوي العلوي في 18 مارس 1948 ثم لوحة أبحاث الصواريخ والأقمار الصناعية في 29 أبريل 1948. علقت اللجنة العمليات في مايو 19 ، 1960 وكان لم الشمل في 2 فبراير ، 1968. [12]

مدير. لي لويس ، القائد. ج. هالفورسون ، س. طور سينجر وجيمس أ.فان ألين فكرة Rockoon في 1 مارس 1949 أثناء رحلة إطلاق صاروخ Aerobee على سفينة الأبحاث U.S.S. نورتون ساوند.

في 5 أبريل 1950 ، غادر فان ألين مختبر الفيزياء التطبيقية ليقبل زمالة أبحاث مؤسسة جون سيمون غوغنهايم التذكارية في مختبر بروكهافن الوطني. في العام التالي (1951) ، قبل فان ألين منصب رئيس قسم الفيزياء في جامعة أيوا. قبل مضي وقت طويل ، كان يحشد الطلاب في جهوده لاكتشاف أسرار اللون الأزرق البري الموجود هناك ويبتكر طرقًا لحمل الأدوات إلى الغلاف الجوي أعلى من أي وقت مضى. بحلول عام 1952 ، كان فان ألين أول من ابتكر مزيجًا من الصواريخ البالونية التي ترفع الصواريخ على البالونات فوق معظم الغلاف الجوي للأرض قبل إطلاقها على ارتفاع أعلى. تم إطلاق الصواريخ بعد أن وصلت البالونات إلى ارتفاع 16 كيلومترًا.

مثل زمن ذكرت المجلة في وقت لاحق ، "لا يمكن إطلاق صاروخ فان ألين" روكونز "في ولاية أيوا خوفا من أن الصواريخ ستضرب أيوان أو منزله". لذلك أقنع فان ألين خفر السواحل الأمريكي بالسماح له بإطلاق روكونز من كاسحة الجليد إيستويند التي كانت متجهة إلى جرينلاند. "ارتفع البالون الأول بشكل صحيح إلى 70000 قدم ، لكن الصاروخ المعلق تحته لم ينطلق. تصرف روكون الثاني بنفس الطريقة الجنونية. وفقًا للنظرية القائلة بأن البرودة الشديدة على ارتفاعات عالية ربما أوقفت الساعة التي من المفترض أن تشعل الصواريخ ، قام فان ألين بتسخين علب عصير البرتقال ، وتحاضنهم في جندول روكون الثالث ، ولف جميع الأعمال بالعزل. أطلق الصاروخ ".

في عام 1953 ، أطلقت عائلة روكونز وحمولاتها العلمية قبالة نيوفاوندلاند أول تلميح لأحزمة الإشعاع المحيطة بالأرض. تم استخدام تقنية Rockoon منخفضة التكلفة في وقت لاحق من قبل مكتب الأبحاث البحرية ومجموعات البحث بجامعة أيوا في 1953-55 و 1957 ، من السفن في البحر بين بوسطن وتول ، جرينلاند. [13] [14]

في عام 1954 ، في نقاش خاص حول مشروع ريدستون مع إرنست ستولنجر ، أعرب فيرنر فون براون عن اعتقاده أنه يجب أن يكون لديهم "عالم حقيقي وصادق إلى الخير" يشارك في مشروعهم الصغير غير الرسمي للأقمار الصناعية. "أنا متأكد من أنك تعرف عالِمًا في مكان ما يملأ الفاتورة ، ربما في فئة جائزة نوبل ، على استعداد للعمل معنا ووضع بعض الأدوات على قمرنا الصناعي." Stuhlinger ، وهو نفسه باحث في الأشعة الكونية خلال سنوات دراسته الجامعية ، وبعد أن عمل مع Van Allen في White Sands بصواريخ V-2 ، كان جاهزًا برده: "نعم ، بالطبع ، سأتحدث إلى الدكتور فان ألين."

أتبع ستوهلينغر بزيارة إلى فان ألين في منزله في برينستون ، نيو جيرسي ، حيث كان فان ألين في إجازة إجازة من ولاية أيوا للعمل على تصميم النجوم. روى فان ألين لاحقًا ، "كانت رسالة Stuhlinger لعام 1954 بسيطة وبليغة. وبفضل تطورات الصواريخ الباليستية في وكالة الصواريخ الباليستية التابعة للجيش (ABMA) ، كان من الواقعي توقع أنه في غضون عام أو عامين يمكن دفع ساتل علمي صغير إلى مدار حول الأرض (Project Orbiter). لقد أعربت عن اهتمام كبير بإجراء مسح عالمي لشدة الأشعة الكونية فوق الغلاف الجوي. " [15]

في عام 1950 ، حدث حدث بدأ صغيرًا ولكنه كان سيؤثر على مستقبل فان ألين وجميع أبناء وطنه. في مارس ، قام الفيزيائي البريطاني سيدني تشابمان بزيارة فان ألين [و] لاحظ أنه يود مقابلة علماء آخرين في منطقة واشنطن. اتصل فان ألين بالهاتف ، وسرعان ما جمع ثمانية أو عشرة من كبار العلماء (لويد بيركنر ، إس. فريد سينجر ، وهاري فيستين) في غرفة المعيشة بمنزله الصغير المبني من الطوب. يقول: "لقد كان ما يمكن تسميته بجلسة ثور أصيلة". تحول الحديث إلى الجيوفيزياء والسنتين القطبيتين الدوليتين اللتين جندتا الدول الرائدة في العالم لدراسة منطقتي القطب الشمالي والقطب الجنوبي في عامي 1882 و 1932. واقترح أحدهم أنه مع تطوير أدوات جديدة مثل الصواريخ والرادار وأجهزة الكمبيوتر ، كان الوقت مناسبًا لعام جيوفيزيائي عالمي. كان الرجال الآخرون متحمسين ، وانتشر حماسهم في جميع أنحاء العالم من واشنطن العاصمة. من هذا الاجتماع ، اقترح Lloyd Berkner وغيره من المشاركين على المجلس الدولي للاتحادات العلمية أن يتم التخطيط لـ IGY في الفترة 1957-1958 (خلال أقصى نشاط شمسي). حفزت السنة الجيوفيزيائية الدولية (1957-1958) حكومة الولايات المتحدة على الوعد بالأقمار الصناعية الأرضية كأدوات جيوفيزيائية. ردت الحكومة السوفييتية بدفع سبوتنيك إلى المدار. يمكن القول أن السباق إلى الفضاء أو Space Race قد بدأ في غرفة المعيشة في Van Allen في ذلك المساء في عام 1950.

في عام 1955 ، أعلنت الولايات المتحدة عن مشروع الطليعة كجزء من مساهمة الولايات المتحدة في السنة الجيوفيزيائية الدولية. خططت فانجارد لإطلاق قمر صناعي في مدار حول الأرض. كان من المقرر أن تدار من قبل البحرية الأمريكية وأن يتم تطويرها من صواريخ سبر ، والتي كانت تتمتع بميزة استخدامها بشكل أساسي في التجارب العلمية غير العسكرية. [16]

عقدت ندوة حول "الاستخدامات العلمية للأقمار الصناعية للأرض" في 26 و 27 يناير 1956 في جامعة ميشيغان تحت رعاية لجنة أبحاث الصواريخ في الغلاف الجوي العلوي ، برئاسة الدكتور فان ألين. تم تقديم 33 اقتراحًا علميًا لإدراجها في سواتل IGY. سلط عرض Van Allen الضوء على استخدام الأقمار الصناعية لمواصلة تحقيقات الأشعة الكونية. في الوقت نفسه ، بدأت مجموعة آيوا التابعة له الاستعدادات لأدوات البحث العلمي التي سيجريها "روكونز" و "فانجارد" للسنة الجيوفيزيائية الدولية. من خلال "التأهب والحظ السعيد" ، كما كتب لاحقًا ، كانت هذه الأدوات العلمية متاحة للتضمين في إطلاق IGY في 1958 Explorer و Pioneer.

  • 1 يوليو 1957: بدأت السنة الجيوفيزيائية الدولية. يتم تنفيذ IGY من قبل المجلس الدولي للنقابات العلمية ، على مدى 18 شهرًا محددة لتتناسب مع فترة النشاط الشمسي القصوى (مثل بقع الشمس). يعمل لويد بيركنر ، أحد العلماء في اجتماع سيلفر سبرينج بولاية ماريلاند في 5 أبريل 1950 ، في منزل فان ألين ، كرئيس للمجلس الدولي للعلوم من 1957 إلى 1959.
  • 26 سبتمبر 1957: تم إطلاق ستة وثلاثين صاروخ روكونز (صاروخ بالونات) من كاسحة الجليد التابعة للبحرية الأمريكية. يتراوح ارتفاع الأنهار الجليدية في مناطق المحيط الأطلسي والمحيط الهادئ والقطب الجنوبي من 75 درجة شمالاً إلى 72 درجة جنوباً ، كجزء من البرنامج العلمي للسنة الجيوفيزيائية الدولية الأمريكية برئاسة فان ألين ولورانس جيه كاهيل من جامعة أيوا. كانت هذه أول عمليات سبر للصواريخ في الغلاف الجوي العلوي في منطقة القطب الجنوبي. تم إطلاقه من موقع IGY Rockoon Launch 2 ، خط عرض المحيط الأطلسي: 0.83 درجة شمالاً ، خط الطول: 0.99 درجة غرباً.
  • 4 أكتوبر 1957: أطلق الاتحاد السوفيتي بنجاح سبوتنيك 1 ، أول قمر صناعي في العالم ، كجزء من مشاركته في IGY.
  • 31 كانون الثاني (يناير) 1958: تم إطلاق أول قمر صناعي أمريكي ، Explorer 1 ، في مدار الأرض على صاروخ Juno I المعزز رباعي المراحل من Cape Canaveral ، فلوريدا. كان على متن إكسبلورر 1 كاشفًا للنيازك الدقيقة وتجربة الأشعة الكونية التي صممها فان ألين وطلابه الخريجين ، مع نشر الأقمار الصناعية لحزمة المستشعرات تحت إشراف إرنست ستوهلينجر ، الذي كان لديه أيضًا خلفية أشعة كونية خبير. [17] تم استخدام بيانات من Explorer 1 و Explorer 3 (تم إطلاقهما في 26 مارس 1958) من قبل مجموعة Iowa لإجراء "أول اكتشاف علمي لعصر الفضاء": "وجود منطقة على شكل كعكة دائرية من إشعاع الجسيمات المشحونة المحاصرة بواسطة المجال المغناطيسي للأرض ".
  • 29 يوليو 1958: أصدر كونغرس الولايات المتحدة القانون الوطني للملاحة الجوية والفضاء (المعروف باسم "قانون الفضاء") ، والذي أنشأ الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء (ناسا) اعتبارًا من 1 أكتوبر 1958 من اللجنة الاستشارية الوطنية للملاحة الجوية ( NACA) والوكالات الحكومية الأخرى.
  • 6 ديسمبر 1958: تم إطلاق بايونير 3 ، وهو ثالث مسبار أمريكي مخصص للسنة الجيوفيزيائية الدولية تحت إشراف ناسا مع قيام الجيش بدور الوكيل التنفيذي ، من مجموعة الصواريخ الأطلسية بواسطة صاروخ جونو الثاني. فشل الهدف الأساسي للرحلة ، وهو وضع حمولة علمية تبلغ 12.95 رطلاً (5.87 كجم) بالقرب من القمر. وصل Pioneer III إلى ارتفاع 63000 ميل (101000 كم) ، مما وفر بيانات إضافية لـ Van Allen أدت إلى اكتشاف حزام إشعاع ثانٍ. يبدأ الإشعاع المحاصر على ارتفاع عدة مئات من الأميال من الأرض ويمتد لعدة آلاف من الأميال في الفضاء. تمت تسمية أحزمة Van Allen الإشعاعية على اسم مكتشفها Van Allen.

ترأس فان ألين قسم الفيزياء وعلم الفلك بجامعة أيوا حتى تقاعده من التدريس في عام 1985. خلال الخمسينيات من القرن الماضي ، استخدم هو وطلابه المتخرجون مجال ممارسة كرة القدم لواجهة المستخدم لإطلاق الصواريخ و "روكونز" - صواريخ محمولة عالياً بواسطة البالونات - إجراء تجارب الأشعة الكونية فوق الغلاف الجوي. كان من أبرز ما في هذا العمل اكتشاف عام 1953 للإلكترونات التي يُعتقد أنها القوة الدافعة وراء الشفق القطبي. في عام 1956 ، اقترح استخدام الأقمار الصناعية الأمريكية لتحقيقات الأشعة الكونية ومن خلال "التأهب والحظ السعيد" ، كما كتب لاحقًا ، [ بحاجة لمصدر ] تم اختيار التجربة باعتبارها الحمولة الأساسية للرحلة الأولى لصاروخ جونو الأول المكون من أربع مراحل في أكتوبر 1957.

لعب Van Allen دورًا رئيسيًا في التخطيط للسنة الجيوفيزيائية الدولية 1957-58 (IGY) ونفذ رحلات استكشافية على متن السفن إلى جرينلاند وجنوباً إلى بحر روس قبالة ساحل القارة القطبية الجنوبية في عام 1957. بلغت IGY ذروتها في 31 يناير 1958 إطلاق Explorer 1 وحمولته العلمية. تضمنت أدوات Van Allen أنبوب Geiger – Müller ، الذي يوفر بيانات ومعلومات تفيد بأن مناطق الإشعاع المكثف تحيط بالأرض. يمثل هذا الاكتشاف ولادة مجال البحث في فيزياء الغلاف المغناطيسي ، وهو مشروع نما ليشمل أكثر من 1000 باحث في أكثر من 20 دولة.

في عام 1974 ، مجلة الناس أدرجت Van Allen كواحد من أفضل 10 أساتذة جامعيين في البلاد. يندرج طلاب الدراسات العليا السابقون ضمن تجارب الإنجازات التي أجروها على مركبة ناسا بايونير 10 و 11 وفوييجر 1 و 2 وجاليليو وكاسيني. انضم فان ألين إلى الاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي (AGU) في عام 1948 وشغل منصب رئيس المنظمة من عام 1982 حتى عام 1984. وقد حصل على أعلى درجات التكريم من AGU ، بما في ذلك جائزة John A. Fleming في عام 1963 لتميزه في الجيوفيزياء وميدالية William Bowie في 1977 لمساهماته البارزة في الجيوفيزياء الأساسية وللتعاون غير الأناني في البحث.

أيضًا ، في عام 1962 ، أصبح فان ألين المستلم الثاني لجائزة دانيال وفلورنس غوغنهايم الدولية للملاحة الفضائية التي قدمتها الأكاديمية الدولية للملاحة الفضائية لمساهماته الجديرة بالملاحظة في الملاحة الفضائية ، وفي مارس 2006 حصل على جائزة متحف سميثسونيان الوطني للطيران والفضاء لمدى الحياة. إنجاز. في عام 1994 ، حصل Van Allen على جائزة Gerard P. Kuiper لعام 1994 من قسم علوم الكواكب في الجمعية الفلكية الأمريكية "تقديراً لمساهماته العديدة في مجال علوم الكواكب ، سواء من خلال تحقيقاته في الغلاف المغناطيسي للكواكب ومن خلال دعوته إلى استكشاف الكواكب ". في عام 1994 أيضًا ، حصل على جائزة الإنجاز مدى الحياة من قبل وكالة ناسا بمناسبة عيد ميلاده الثمانين والذكرى السنوية الخامسة والسبعين للاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي.

تشمل الجوائز والتكريمات الأخرى التي حصل عليها فان ألين العضوية في الأكاديمية الوطنية للعلوم منذ عام 1959 والميدالية الوطنية للعلوم ، وهي أعلى وسام للأمة في الإنجاز العلمي ، قدمه الرئيس ريغان في عام 1987 في احتفالات بالبيت الأبيض. في عام 1989 ، حصل على جائزة Crafoord ، التي تمنحها الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم في ستوكهولم ، وقدمها ملك السويد. جائزة كرافورد هي أعلى جائزة يمكن أن تمنحها الأكاديمية للبحث في عدد من المجالات العلمية ، وبالنسبة لاستكشاف الفضاء ، فهي تعادل جائزة نوبل.

ربما كان أكثر إنجاز يفخر به كمعلم هو ترك بصماته على 34 طالب دكتوراه و 47 طالب ماجستير ، وخاصة العديد من الطلاب الجامعيين الذين استمتعوا بفصوله. في مقابلة أجريت في فبراير 2004 [ بحاجة لمصدر ] قال: "لقد درّست" علم الفلك العام "لمدة 17 عامًا ، وكانت الدورة المفضلة لدي. قضيت ساعة أو ساعتين في التحضير لكل محاضرة لأنني كنت متحمسًا حقيقيًا للدورة. واليوم ، قابلت أشخاصًا جميعهم الوقت الذي قال ، "أنت لا تتذكرني ، لكنني أخذت دورتك في عام 1985". Many former students tell me how much they enjoyed the course."

The May 4, 1959 issue of زمن magazine credited James Van Allen as the man most responsible for giving the U.S. "a big lead in scientific achievement." They called Van Allen "a key figure in the cold war’s competition for prestige. . Today he can tip back his head and look at the sky. Beyond its outermost blue are the world-encompassing belts of fierce radiation that bear his name. No human name has ever been given to a more majestic feature of the planet Earth."

James Van Allen, his colleagues, associates and students at The University of Iowa continued to fly scientific instruments on sounding rockets, Earth satellites (Explorer 52 / Hawkeye 1), and interplanetary spacecraft including the first missions (Pioneer program, Mariner program, Voyager program, Galileo spacecraft) to the planets Venus, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, and Neptune. Their discoveries contributed important segments to the world's knowledge of energetic particles, plasmas and radio waves throughout the solar system.

Van Allen was the principal investigator for scientific investigations on 24 Earth satellites and planetary missions.

Van Allen stepped down as the head of the Dept. of Physics & Astronomy in 1985, but continued working at the University of Iowa as the Carver Professor of Physics, Emeritus.

In 1987, President Ronald Reagan presented the National Medal of Science, the U.S.'s highest honor for scientific achievement, to James Van Allen at White House ceremonies. In 1989, he received the Crafoord Prize, awarded by the Royal Swedish Academy of Sciences in Stockholm and presented by the King of Sweden. The Crafoord Prize is the highest award the Academy can bestow for research in a number of scientific fields and, for space exploration, is the equivalent of the Nobel Prize.

On October 9, 2004, the University of Iowa and the UI Alumni Association hosted a celebration to honor Van Allen and his many accomplishments, and in recognition of his 90th birthday. Activities included an invited lecture series, a public lecture followed by a cake and punch reception, and an evening banquet with many of his former colleagues and students in attendance. In August 2005, an elementary school bearing his name opened in North Liberty, Iowa. There is also a Van Allen elementary school in Escalon, CA. [18]

In 2009, Van Allen's boyhood home in Mt. Pleasant, once maintained as a museum, was slated to be demolished. [19] The new owner, Lee Pennebaker, chose not to demolish the home. It was donated to the Henry County Heritage Trust, which plans to move the house next to the old Saunders School which will be the home of the Henry County museum. [20]

Van Allen's wife of 61 years was Abigail Fithian Halsey II of Cincinnati (1922–2008). They met at the Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (JHU/APL) during World War II. They were married October 13, 1945 in Southampton, Long Island. Their five children are Cynthia, Margot, Sarah, Thomas, and Peter. [21]

On August 9, 2006, James Van Allen died at University Hospitals in Iowa City from heart failure. [22] [23]

Professor Van Allen and his wife Abigail are buried in Southampton, New York, where Mrs. Van Allen was born and the couple were married. [24]


'Zebra Stripes' in Earth's Magnetic Field Have Surprising Source

Strange stripelike features in Earth's magnetic field are caused by the planet's spin, and not by the constant bombardment of solar particles as previously thought, scientists say.

The so-called "zebra stripes" form when the electric field around Earth generated by the planet's rotation — previously thought to be too weak to impact the fast-moving particles — creates a striped pattern in the inner electron belt.

"Features similar to zebra stripes were previously inferred from low-altitude electron measurements," said lead study author Sasha Ukhorskiy of Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory in Maryland. Ukhorskiy was the lead author of the new study that examined the patterns of charged particles and modeled their interactions with Earth's rotation. [Earth Quiz: Do You Truly Know Your Home Planet?]

The "zebra stripes" were previously thought to be caused by the changing flow of particles streaming from the sun.

"It is because of the unprecedented high energy and temporal resolution of our energetic particle experiment RBSPICE — part of the Van Allen Probes NASA mission — that we now understand that the inner belt electrons are, in fact, always organized in zebra patterns," Ukhorskiy told Space.com via email.

A striped shield

Earth's magnetic field surrounds the planet like a shield, protecting it from the constant bombardment of charged particles from the sun. A slight tilt in the axis of this field creates a weak electric field that permeates the inner radiation belt. The interaction between the two creates the zebra stripes, which are concentrated distributions of highly energetic electrons trapped in Earth's magnetic field. These features are invisible to the human eye.

"If the inner belt electron populations are viewed as a viscous fluid — which is just an analogy — these global oscillations stretch and fold that field, much like taffy is stretched and folded in a candy-store machine," Ukhorskiy said. "This stretching-and-folding process results in the striped pattern across the entire inner electron belt."

Before this new finding, scientists had thought the field created by the planet's rotation was too weak to form the zebra stripes because it only changed the speed of the particles by 1 to 2 kilometers per second (0.6 to 1.2 miles per second) — which isn't much, considering the particles had been traveling at almost 100,000 km/s. Instead, the scientists attributed the formation of the features to interactions with the ever-changing solar wind and the presence of geomagnetic storms.

Working with a team of scientists, Ukhorskiy studied the data gathered by the Van Allen Probes to determine that the zebra stripes are a constant fixture in Earth's magnetic field, rather than features whose formation are dictated by the ever-changing presence of the solar wind.

"The fact that zebra patterns are observed — and are more clear — during intervals of quiet solar-wind conditions was the main indication that it must be the Earth's rotation that drives them," Ukhorskiy said.

The presence of the stripes only during calm periods was the first clue that the solar wind was not the driving force behind them. Ukhorskiy and his team went on to model the interactions between the magnetic field and the weak electric field generated by the planet's rotation. They concluded that this interaction created the zebra stripes.

Zebra stripes only form in the inner electron belt, which extends from Earth's atmosphere up to approximately 8,000 miles (13,000 kilometers) above the planet's surface. The outer electron belts take the brunt of the solar wind, making an unstable environment of competing processes.

The new findings were published online March 19 in the journal Nature.

Stripes in the solar system

Launched in 2012, the Van Allen Probes consist of two spacecraft located in the concentrated regions of Earth's electric field known as the Van Allen belts. The satellites study electrons in the radiation belt, and how their behavior changes over time and as a result of interactions with solar particles.

Although the radiation belt deflects most of the harmful material streaming from the sun, massive solar storms on the star occasionally hurl large quantities of material toward the planet that can affect satellites, communication systems and power grids. Understanding how Earth's shield interacts with these particles can help scientists gauge the measures needed to protect these systems.

Zebra stripes may surround other planets in the solar system. Ukhorskiy said the rotational forces of Jupiter and Saturn are far more prominent in affecting their plasma environments, making the concentrated pattern a likely feature in their radiation belts. Launched in 2011, NASA's Juno mission is set to reach Jupiter in July 2016, and should spot any zebra stripes in the gas giant's radiation belt.

When asked about the next step, Ukhorskiy said, "In my opinion, the most intriguing science question is whether similar or more prominent features exist at the outer planets."

Editor's Note: This story was updated April 4 to correct the institution for lead study author Sasha Ukhorskiy of Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory in Maryland.


Do other planets with a magnetic field also have two Van Allen belts? - الفلك

Space is a challenging place. We think of it as mostly empty, but that is not completely true. The vast sea of space in our solar system is filled with powerful radiation and bombarded with high-speed atomic particles. In addition, the Sun generates a continuous stream of particles that we call the "solar wind." The high energy radiation, the high energy particles, and the solar wind could prove dangerous to life here on Earth's surface. Earth's planetary shield -- the Earth's magnetic field working together with our atmosphere -- protects us.

Every magnet generates a magnetic field. Several objects in our solar system also have their own massive magnetic fields: the Sun, Earth, Mercury, Jupiter, Saturn, Uranus, and Neptune. The magnetic field around a planet that extends into space is called a magnetosphere. The magnetospheres of the planets interact with the particles from the Sun -- the solar wind. Within the magnetosphere, charged particles spiraling along the Earth's magnetic field toward the poles create beautiful aurorae, the northern and southern lights, when they interact with our atmosphere.

Magnetic fields can also create hazards. Magnetospheres trap high energy particles into radiation belts around planets. The distant gas giant planets do not need protection from the solar wind instead, their powerful radiation belts create a serious hazard for spacecraft, as do our own Van Allen radiation belts here on Earth.

Earth's magnetosphere does more than shield us from the constant barrage of high-energy particles. It also protects our atmosphere and oceans from the solar wind, which would otherwise gradually erode them away into space. Mars' lack of a magnetosphere may be partly responsible for the thinness of its atmosphere and absent oceans. A magnetosphere on Venus could have prevented this planet's primordial water from escaping into space.

Given these critical roles, it is not surprising that several missions are actively investigating these planetary shields. The ongoing MESSENGER mission is mapping out Mercury's magnetic field, as is Cassini at Saturn, and Juno is on its way to do the same at Jupiter. The Solar Dynamics Observatory is also monitoring the Sun and its magnetic field to explore its impact on the near Earth space environment.

Magnetism is a force in nature that is produced by electric fields in motion. This movement can involve electrons 'spinning' around atomic nuclei, flowing through a conducting wire or ions moving through space in an organized stream.

Earth's magnetic field is familiar to us through its effects: our compasses point to the magnetic poles (north and south) it protects our atmosphere from the blast of the solar wind and particles interact with it to produce the auroras, or northern and southern lights. Similarly, the magnetic fields of Mercury, Jupiter, Saturn, Uranus, and Neptune are detectable with compasses, and we have seen beautiful auroras on Jupiter and Saturn!

Planetary magnetic fields originate from processes deep in each planet's interior. Earth's is generated from the electric current caused by the flow of molten metallic material within its outer core. Mercury's may be generated from its liquid core. Jupiter and Saturn are composed of gases crushed to such incredible pressures that they are forced beyond the common states of liquid, solid, or gas that we find on Earth. One such a layer inside Jupiter and Saturn is metallic hydrogen, and the electric current caused by swirling movements in this substance produces a magnetic field so large that the tail of Jupiter's magnetic field reaches the edge of Saturn's orbit!

Scientists map planetary magnetic fields with a more sophisticated version of a compass, called a magnetometer. They also "listen" for the radio signals given off by charged particles as they move through the magnetic field, and measure the properties of ions and electrons directly with particle detectors.

The Sun has a very large and complex magnetic field. It actually extends far out into space, beyond the furthest planet. The solar wind, the stream of charged particles that flows outward from the Sun, carries the Sun's magnetic field to the planets and beyond. While the basic shape of the Sun's magnetic field is like the shape of Earth's field, with a north and south pole, superimposed on this basic field is a much more complex series of local fields that vary over time. Places where the Sun's magnetic field is especially strong are called active regions, and often produce sunspots. Disruptions in magnetic fields near active regions can create energetic explosions on the Sun such as solar flares and coronal mass ejections. The exact nature and source of the Sun's magnetic field are areas of ongoing research. Turbulent motions of charged plasmas in the Sun's convective zone clearly play a role.

In spite of the low density, the solar wind and its accompanying magnetic fields are strong enough to interact with the planets and their magnetic fields to shape magnetospheres. A magnetosphere is the region surrounding a planet where the planet's magnetic field dominates. Because the ions in the solar plasma are charged, they interact with these magnetic fields, and solar wind particles are swept around planetary magnetospheres, as are particles from the planet's atmosphere. At Jupiter and Saturn, the plasma inside the magnetosphere is almost entirely from their moons. Robotic missions investigating these worlds are challenged by the energetic charged particles that are trapped in these planets' magnetic fields as radiation belts.

The shape of the Earth's magnetosphere is the direct result of being blasted by solar wind. Solar wind compresses its sunward side to a distance of only 6 to 10 times the radius of the Earth. Solar wind drags out the night-side magnetosphere to possibly 1,000 times Earth's radius this extension of the magnetosphere is known as the magnetotail. Many other planets in our solar system have magnetospheres of similar, solar wind-influenced shapes.

Link وصف
Tracking a Solar Storm: Adventures in Geospace These five short articles provide an excellent background to understand Earth's magnetosphere. The articles Adventures in Geospace, Magnetism, A Magnet in Space, Electricity, Electromagnetism, and The Earth's Magnetosphere explain the basic of magnetism, electricity, electromagnetism and the structure and origin of Earth's magnetic field.
Magnetism from A to B This article by Sun-Earth Day has a variety of details about magnetism.

Featured Missions

This mission to Jupiter will map the magnetic field and the magnetosphere near Jupiter's poles, especially the auroras -- Jupiter's northern and southern lights. This data will reveal the planet's interior structure and provide new insights about how the planet's enormous magnetic force field affects its atmosphere.

Launched on Feb. 11, 2010, SDO is examining the Sun's magnetic field and also provides a better understanding of the role the Sun plays in Earth's atmospheric chemistry and climate. SDO will determine how the Sun's magnetic field is generated, structured and converted into violent solar events such as turbulent solar wind, solar flares and coronal mass ejections. These immense clouds of material, when directed toward Earth, can cause large magnetic storms in our planet's magnetosphere and upper atmosphere.

The MESSENGER mission is examining how Mercury's magnetic field interacts with the powerful solar wind.

Cassini's continued journey carries it throughout the huge sphere of magnetic activity that surrounds Saturn. One major discovery was that water ice jets from Enceladus play a major role in Saturn's magnetosphere. Water from the jets loads up the magnetosphere, influencing radio and auroral activity, and even causes changes in the rotation of the magnetic field itself. The Solstice mission will study these phenomena in unexplored areas of the magnetosphere and probe for links to Enceladus in addition to connections with other moons.

THEMIS is investigating what causes auroras in the Earth's atmosphere to dramatically change from slowly shimmering waves of light to wildly shifting streaks of color. Discovering what causes auroras to change will provide scientists with important details on how the planet's magnetosphere works and the important Sun-Earth connection.


NASA’s Van Allen Probes Spot Impenetrable Radiation Barrier in Space

It’s a well-known fact that Earth’s ozone layer protects us from a great deal of the Sun’s ultra-violet radiation. Were it not for this protective barrier around our planet, chances are our surface would be similar to the rugged and lifeless landscape we observe on Mars.

Beyond this barrier lies another – a series of shields formed by a layer of energetic charged particles that are held in place by the Earth’s magnetic field. Known as the Van Allen radiation belts, this wall prevents the fastest, most energetic electrons from reaching Earth.

And according to new research from NASA’s Van Allen probes, it now appears that these belts may be nearly impenetrable, a finding which could have serious implications for future space exploration and research.

The existence of a belt of charged particles trapped by the Earth’s magnetosphere has been the subject of research since the early 20th century. However, it was not until 1958 that the Explorer 1 and Explorer 3 spacecrafts confirmed the existence of the belt, which would then be mapped out by the Explorer 4, Pioneer 3, and Luna 1 missions.

Two giant belts of radiation surround Earth. The inner belt is dominated by protons and the outer one by electrons. الائتمان: ناسا

Since that time, scientists have discovered much about this belt, including how it interacts with other fields around our planet to form a nearly-impenetrable barrier to incoming electrons.

This discovery was made using NASA’s Van Allen Probes, launched in August 2012 to study the region. According to the observations made by the probes, this region can wax and wane in response to incoming energy from the sun, sometimes swelling up enough to expose satellites in low-Earth orbit to damaging radiation.

“This barrier for the ultra-fast electrons is a remarkable feature of the belts,” said Dan Baker, a space scientist at the University of Colorado in Boulder and first author of the paper. “We’re able to study it for the first time, because we never had such accurate measurements of these high-energy electrons before.”

Understanding what gives the radiation belts their shape and what can affect the way they swell or shrink helps scientists predict the onset of those changes. Such predictions can help scientists protect satellites in the area from the radiation.

In the decades since they were first discovered, scientists have learned that the size of the two belts can change – or merge, or even separate into three belts occasionally. But generally the inner belt stretches from 644 km to 10,000 km (400 – 6,000 mi) above the Earth’s surface while the outer belt stretches from 13,500 t0 58,000 km (8,400 – 36,000 mi).

Up until now, scientists have wondered why these two these belts have existed separately. Why, they have wondered, is there a fairly empty space between the two that appears to be free of electrons? That is where the newly discovered barrier comes in.

The Van Allen Probes data showed that the inner edge of the outer belt is, in fact, highly pronounced. For the fastest, highest-energy electrons, this edge is a sharp boundary that, under normal circumstances, cannot be penetrated.

“When you look at really energetic electrons, they can only come to within a certain distance from Earth,” said Shri Kanekal, the deputy mission scientist for the Van Allen Probes at NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, and a co-author on the Nature paper. “This is completely new. We certainly didn’t expect that.”

The team looked at possible causes. They determined that human-generated transmissions were not the cause of the barrier. They also looked at physical causes, asking if the shape of the Earth’s magnetic field could be the cause of the boundary. However, NASA scientists studied and eliminated that possibility and determined that the presence of other space particles appears to be the more likely cause.

A cloud of cold, charged gas around Earth called the plasmasphere (seen here in purple), interacts with the particles in Earth’s radiation belts (shown in grey). Image Credit: NASA/Goddard

The radiation belts are not the only particle structures surrounding Earth. A giant cloud of relatively cool, charged particles called the plasmasphere fills the outermost region of Earth’s atmosphere, beginning at about 600 miles up and extending partially into the outer Van Allen belt. The particles at the outer boundary of the plasmasphere cause particles in the outer radiation belt to scatter, removing them from the belt.

This scattering effect is fairly weak and might not be enough to keep the electrons at the boundary in place, except for a quirk of geometry – the radiation belt electrons move incredibly quickly, but not toward Earth. Instead, they move in giant loops around Earth.

The Van Allen Probes’ data show that in the direction toward Earth, the most energetic electrons have very little motion at all – just a gentle, slow drift that occurs over the course of months. This movement is so slow and weak that it can be rebuffed by the scattering caused by the plasmasphere.

This also helps explain why – under extreme conditions, when an especially strong solar wind or a giant solar eruption such as a coronal mass ejection sends clouds of material into near-Earth space – the electrons from the outer belt can be pushed into the usually-empty slot region between the belts.

“The scattering due to the plasmapause is strong enough to create a wall at the inner edge of the outer Van Allen Belt,” said Baker. “But a strong solar wind event causes the plasmasphere boundary to move inward.”

A massive inflow of matter from the sun can erode the outer plasmasphere, moving its boundaries inward and allowing electrons from the radiation belts the room to move further inward too.

The Johns Hopkins Applied Physics Laboratory in Laurel, Maryland, built and operates the Van Allen Probes for NASA’s Science Mission Directorate. The mission is the second in NASA’s Living With a Star program, managed by Goddard.

A paper on these results appeared in the Nov. 26, 2014, issue of Nature magazine. And be sure to watch this animated video produced by the Goddard Space Center that explains the Van Allen belt in brief:


Why Aren't The Van Allen Belts A Barrier To Spaceflight?

I follow all kinds of information about space and the stars. My brother has only recently started paying attention to these issues, but has been reading some naysayer websites. Because of this, he says he has doubts about the 'truth' of the space shuttle, the flight to the moon and other missions, as some claim that they would be impossible because of the heated layers of atmosphere around the earth, which would destroy them--the Van Allen belts. I know that heat shields are used, and am assuming that the rarefied atmosphere might not conduct heat as well. But what is the real reason why these flights are possible and are not eliminated by the heat of the Van Allen belts or other layers?

In a very unique setting over Earth's colorful horizon, the silhouette of the space shuttle . [+] Endeavour is featured in this photo by an Expedition 22 crew member on board the International Space Station, as the shuttle approached for its docking on Feb. 9 during the STS-130 mission.

So there are two questions mixed up in here - the first is about traversing the atmosphere without burning up, and the second about traversing the Van Allen belts.

It’s true that re-entering the atmosphere from space is a delicate business, and there are only a few safe paths to do so. The atmosphere, as easily as we move through it on the surface of the Earth, can pose a significant barrier to fast-moving objects. Air resistance is a major factor in designing everything from cars to parachutes to space shuttles. If you’ve ever been out in high winds, you’ve felt the kind of barrier wind can produce to your own motion, and how much force it takes to move in resistance to it.

Objects which encounter our atmosphere from space are generally travelling much faster than any winds we’d encounter during a storm here on Earth (thank goodness), and so the air resistance they hit is significant the atmosphere, if hit directly, is almost as solid a barrier as encountering rock. Crew-carrying spacecraft will never plunge straight down into the atmosphere, but encounter it at a shallow angle, which allows the craft to encounter the atmosphere’s resistance less abruptly.

This computer-generated art depicts Orion's heat shield protecting the crew module as it enters the . [+] Earth's atmosphere.

So what does this atmospheric resistance do? It slows down the spacecraft, by absorbing some of the spacecraft’s energy. That energy heats up the atmosphere immediately around the craft, encasing the craft in a superheated plasma for part of its descent, until much of the forward motion of the craft has been lost. By approaching the atmosphere at an angle, this process takes a longer time, and the craft can be safely slowed. If we tried to drop straight down into the atmosphere, the craft would not be able to slow down as much, and the sudden increase in pressure from the atmosphere would put so much stress on the craft that it might break. If you have humans in the craft, this is not a good idea. If, on the other hand, you’re just trying to get a satellite out of orbit, you can drop them into the atmosphere at a steeper angle, as they don’t need to be functional when they plunge into the Pacific Ocean. (That’s usually where we put them.)

So yes, there’s a heating problem when you re-enter the atmosphere, but the atmosphere itself isn’t heated any more than ambient air temperature. It's only the air surrounding the craft which heats, and only because there's a spacecraft barreling through. The upper atmosphere is actually quite cold, so there’s no intrinsic heated barrier to traverse. We don’t have the same heating problem when launching a spacecraft, after all. This heating is simply atmospheric drag, though this is dangerous enough - the loss of heat tiles protecting the wings of the space shuttle was what led to the loss of the Shuttle Columbia.

NASA's Van Allen Probes orbit through two giant radiation belts that surround Earth. Their . [+] observations help improve computer simulations of events in the belts that can affect technology in space.

The Van Allen belts, on the other hand, are not actually part of our atmosphere. They’re well beyond it, extending hundreds of miles outwards into space. There are two, both donut-shaped rings surrounding our planet, and are a consequence of our planet’s magnetic field. The Space Shuttle typically orbited at a height of 190 miles to 330 miles above the surface, and the International Space Station orbits at a height of somewhere between 205 and 270 miles above the surface of the Earth.

The innermost Van Allen belt sits somewhere between 400 to 6,000 miles above the surface of our planet. Even if the innermost belt is at its closest, the ISS (and the space shuttle in its day) are more than 100 miles away from the Van Allen Belts. For near-Earth missions, the Van Allen belts are not a hazard to spacefarers.

It was, however, a hazard for the Apollo missions. The Van Allen belts are not a physical barrier to spacecraft, and so, in principle, we could have sent the Apollo spacecraft through the belts. It would not have been a good idea. The Van Allen belts are a kind of trap for charged particles like protons and electrons. They’re held in place by the magnetic field of the Earth, and so they trace the shape of the magnetic field itself. The problem with the Van Allen belts lies not in them being impassable, but in the charged particles they contain.

In this 1966 photo, a plasma thruster at NASA's Lewis Research Center simulates Van Allen Belts, . [+] rings of radiation around the Earth. The Cleveland, Ohio, center is now John H. Glenn Research Center.

Charged particles are damaging to human bodies, but the amount of damage done can range from none to lethal, depending on the energy those particles deposit, the density of those particles, and the length of time you spend being exposed to them.

In the case of the Apollo missions, the solution was to minimize the second two factors. We can’t control the energy of those particles, though they can be large. The density of the Van Allen belts is well known (from sending uncrewed probes through them), and there are hotspots you can definitely avoid. In particular, the innermost belt is a rather tightly defined region, and it was possible to stay out of it for the trip to the Moon. The second belt is much larger, and harder to avoid, but there are still denser regions to avoid. For the Apollo trips, we wanted to send the astronauts through a sparse region of the belts, and to try and get through them quickly. This was necessary in any case the crafts had to make it to the Moon in a reasonable amount of time, and the shorter the trip, the less exposure to all sorts of radiation the astronauts would get.

An artist's depiction with cutaway section of the two giant donuts of radiation, called the Van . [+] Allen Belts, that surround Earth.

NASA/Goddard Space Flight Center/Scientific Visualization Studio

In the end, it seemed that these tactics worked the on-board dose counters for the Apollo missions registered average radiation doses to the skin of the astronauts of 0.38 rad. This is about the same radiation dose as getting two CT scans of your head, or half the dose of a single chest CT scan not too bad, though not something you should do every week.

Your brother is right that both the atmosphere and the Van Allen belts can be dangers to space exploration, but with careful observations, orbital maneuvering, and inventiveness, we’ve navigated our way beyond them many times. Hopefully, we'll continue to do so in the future many times more.


شكر وتقدير

The authors would like to gratefully acknowledge Richard M. Thorne (25 July 1942 to 12 July 2019), who was a distinguished professor at UCLA and a pioneering scientist in radiation belt physics. W. L. acknowledges the NASA Grants NNX17AD15G, NNX17AG07G, NNX15AI96G, 80NSSC19K0845, the AFOSR Grant FA9550-15-1-0158, the NSF Grants AGS-1723588 and AGS-1847818, and the Alfred P. Sloan Research Fellowship FG-2018-10936. Contribution from M. K. H. was supported by NASA Grant NNX15AF54G and JHU/APL under NASA Contracts NNN16AA09T and NNN06AA01C to U. M. N. and U. N. H. with subcontracts to Dartmouth College. Since this is a review paper, no data were directly used to produce new figures other than adopting figures from previously published papers, which are cited accordingly.


شاهد الفيديو: علماء الفلك ضعف المجال المغناطيسي للأرض ربما هو علامة على أن الأرض تتجه إلى انعكاس قطبي (أغسطس 2022).