Радиационная защита Земли

Что, по вашему мнению, необходимо для возникновения и развития жизни, похожей на земную, на других планетах? Казалось бы, ответ очевиден. Планета по составу и размеру должна быть похожа на Землю, а не на какой-нибудь газовый гигант типа Юпитера. Затем на планете должно быть не слишком жарко и не слишком холодно. Крайне желательно также наличие кислородсодержащей атмосферы и воды. Все? Оказывается, нет. Необходима еще защита от космического излучения, которым непрерывно «поливают» планету, во-первых, ее собственное светило, а во-вторых, другие космические объекты. Нам повезло - у Земли такая защита есть. Она даже двухслойная и называется радиационным поясом, или поясом ван Аллена.

Начнем с того, что для существования радиационного пояса у планеты должно быть собственное магнитное поле.

У Земли магнитное поле есть. Есть оно также у планет-гигантов нашей Солнечной системы (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун), к сожалению, во всем остальном совершенно непригодных для жизни. А вот у землеподобных Марса и Венеры магнитного поля нет, а следовательно, нет и «радиационной защиты», что уменьшает и без того незначительные шансы на обнаружение там даже примитивных живых организмов.

Радиационный пояс - это часть магнитосферы планеты высоко над ее поверхностью, в которой накапливаются и удерживаются заряженные частицы высоких энергий. Благодаря законам физики, радиационный пояс или не пропускает значительную часть этих частиц к Земле, где они могли бы натворить немало бед, или накапливает в своих внутренних слоях.

По форме радиационный пояс Земли напоминает тороид (бублик). В нем выделяются два слоя: внутренний (на высоте от 3 до 12 тысяч километров над поверхностью Земли) и внешний (на высоте от 17 до 57 тысяч километров). Таким образом, между внутренним и внешним радиационными поясами имеется щель, практически свободная от заряженных частиц.

Потоки частиц во внешнем поясе больше, чем во внутреннем. Различен и состав частиц: во внутреннем поясе - преимущественно протоны, во внешнем - электроны.

Американский физик Джеймс ван Аллен, один из авторов открытия радиационного пояса, сравнивал его с «протекающим сосудом, который постоянно пополняется от Солнца и протекает в атмосферу». Особенно часто «протекания» случаются в полярных областях (там, где как раз расположена «дырка от бублика»), где и вызывают красивейшие полярные сияния.

К счастью, это именно «протекания», и над полярными областями, а не массовые излияния частиц над всей поверхностью Земли. Но что же здесь таинственного, спросите вы? В чем загадка?

О возможности существования радиационного «бублика» вокруг нашей планеты размышлял еще в XIX веке непревзойденный «гений электричества» Никола Тесла. Конкретные параметры были предсказаны в середине XX века советскими учеными Сергеем Верновым и Александром Чудаковым, а также, независимо от них, американцем Джеймсом ван Алленом.

Экспериментальные же доказательства существования радиационного пояса были получены с помощью аппаратуры, установленной на советском «Спутнике-2» в 1957-м и годом позже на американском «Эксплорер-1».

Практически сразу стало очевидным огромное прикладное значение этого открытия. Да, радиационный пояс защищает все живое на Земле от губительного излучения - солнечного ветра, но как быть с чувствительной электронной аппаратурой и, что самое главное, с экипажами будущих космических кораблей? Ведь для них пересечение радиационного пояса может оказаться очень опасным...

Речь здесь идет именно о полном пересечении радиационного пояса, т.е. полете в дальний космос. Орбиты пилотируемых космических станций лежат в пределах 200-400 километров от поверхности Земли, то есть значительно ниже нижней границы радиационного пояса, и потому «околоземным» космонавтам бояться нечего. Автоматические станции могут летать значительно выше, до 40 тысяч километров над Землей, но оборудование - это не живые люди, его защитить гораздо проще.

К слову, американский пилотируемый корабль «Аполлон-11», около 48 лет назад опустившийся на Луну и высадивший на поверхность спутника Нила Армстронга со звездно-полосатым флагом в руке, должен был пересечь радиационный пояс целиком. И его экипаж неизбежно должен был ощутить на себе его вредное влияние. Однако ничего подобного не произошло.

И это еще один аргумент для скептиков, считающих, что никакой высадки на Луну на самом деле не было, а Нил Армстронг просто-напросто прогулялся в скафандре по одному из съемочных павильонов Голливуда.

В общем, надежная защита людей при пролете сквозь радиационный пояс по-прежнему представляет собой серьезную научно-техническую проблему.

Для ученых же, изучающих радиационный пояс как физическое явление, самую большую загадку представляло наличие той самой щели между внутренним и внешним слоями пояса ван Аллена. Щели, в которой практически нет заряженных частиц и которая поэтому называется безопасной зоной.

Излучение Солнца (иначе - солнечный ветер) давным-давно должно было насытить и перенасытить оба слоя радиационного пояса и всей своей смертоносной силой обрушиться на поверхность Земли. Однако, кроме отдельных «протечек», которые мы наблюдаем в виде полярных сияний и ощущаем в виде магнитных бурь, ничего подобного не происходит.

Более того, в радиационном поясе существует безопасная зона, из которой, по-видимому, заряженные частицы каким-то образом «вычищаются».

До последнего времени не было понятно, как именно и за счет чего происходит это спасительное для всей жизни на Земле очищение. Однако недавние исследования NASA показали, что этим занимаются молнии. Да-да, самые обычные молнии.

Протяженность разряда молнии над поверхностью Земли может составлять несколько тысяч километров, хотя видимая их часть (зигзаг) значительно короче - 3-5 километров. Остальная же, невидимая нам часть молнии, которая и отвечает за «очистку» радиационного пояса, имеет несколько очець красивых и поэтичных названий - голубой джет, спрайт, тайгерт, эльф.

Но дело не в названии. Дело в том, что кроме видимой нам вспышки света молнии генерируют еще и мощные радиоволны. Эти волны, распространяясь в радиационном поясе, или искажают траекторию заряженных частиц, отражая их назад в космос, или отбирают значительную долю энергии, благодаря чему частицы или «застревают» внутри пояса, или безопасно для нас рассеиваются в атмосфере.

Так, по мнению ученых, и происходит «очистка» пояса. Каждая такая процедура имеет кратковременный эффект, но это не страшно - ведь молнии в небе сверкают ежесекундно. Если не непосредственно над нашей головой, то где-нибудь в другом месте.

Поэтому, наблюдая (желательно из безопасного места) буйство летней грозы, мы можем не только вздрагивать от страха и восхищения, но и испытывать чувство признательности к этому великолепному явлению природы.

Ольга СТРОГОВА