10.2. Der radioaktive Van-Allen-Strahlungsgürtel gemäss Wikipedia

Andere Strahlungsgürtel
Der Begriff "Van-Allen-Gürtel" bezieht sich speziell auf die Strahlungsgürtel um die Erde. Es wurden aber ähnliche Strahlungsgürtel auch um andere Planeten entdeckt. Die Sonne unterstützt keine lange Zeit existierenden Gürtel.
(http://en.wikipedia.org/wiki/Van_Allen_radiation_belt)

Die Ausdehnung des Van-Allen-Strahlungsgürtels
Die Erdatmosphäre begrenzt die Partikel der Gürtel in einem Bereich von 200 bis 1000 km, während die Gürtel sich nicht über 7 Erdradien ausdehnen. Die Gürtel werden auf eine Ausdehnung von ungefähr 65° des atmosphärischen Äquators beschränkt.

(siehe: Introduction to Geomagnetically Trapped Radiation von Martin Walt (1994)
(http://en.wikipedia.org/wiki/Van_Allen_radiation_belt)

Der äussere Van-Allen-Gürtel (10.000 bis 65.000 km hoch)

Die Diskussion, ob der äussere Van-Allen-Gürtel von Explorer IV ("USA") oder von Sputnik II / III ("SU") entdeckt wurde, ist ungelöst.

Der grosse, äussere Strahlungsgürtel erstreckt sich über eine Höhe von 10.000 bis 65.000 km und hat seine grösste Strahlungsintensität zwischen 14.500 und 19.000 km. Es wird angenommen, dass der äussere Gürtel aus Plasma besteht, das die Magnetosphäre der Erde eingefangen hat. Die "sowjetische" Sonde "Luna 1" meldete im äusseren Gürtel nur wenige hochenergetische Teilchen. Die Gyroradien für energetische Protonen wären gross genug, um sie mit der Erdatmosphäre in Kontakt zu bringen. Die Elektronen im äusseren Van-Allen-Gürtel haben eine hohe Fliessgeschwindigkeit, auch am äusseren Rand, und Elektronen mit einer kinetischen Energie von über 40 keV können innerhalb von ungefähr 100 km auf einen normalen interplanetarischen Grad zurückfallen (ein Rückgang um den Faktor 1000). Dieser Rückfall ist ein Resultat des Solarwindes.

Die Besetzung des äusseren Gürtels mit Partikeln ist verschieden, mit Elektronen und verschiedenen Ionen. Die meisten Ionen liegen in der Form von energetischen Protonen vor, aber ein gewisser Anteil sind Alpha-Partikel und O+ Oxygen-Ionen, ähnlich jenen in der Ionosphäre, aber viel energetischer. Diese Ionenmischung lässt darauf schliessen, dass die geladenen Partikel im Ring wahrscheinlich aus mehreren Quellen stammen.

Der äussere Gürtel ist grösser und diffuser als der innere. Der äussere Gürtel ist von einem wenig intensiven Bereich umgeben, bekannt als dem Ringstrom. Im Gegensatz zum inneren Gürtel fluktuieren die Partikel im äusseren Gürtel in weiten Distanzen und ist generell in seiner Intensität schwächer (weniger als 1 MeV). Die Intensität steigt, wenn magnetische Stürme frische Partikel vom äusseren Teil der Magnetosphäre einschiessen. Dann aber fällt die Intensität wieder ab.
(http://en.wikipedia.org/wiki/Van_Allen_radiation_belt)

Der innere Van-Allen-Gürtel

Der innere Van-Allen-Gürtel erstreckt sich grob gesagt über 1,1 bis 3,3 Erdradien, und er enthält hohe Konzentrationen an energetischen Protonen mit Energien, die 100 MeV übersteigen. Die Teilchen werden von starken Magnetfeldern in der Region eingefangen (stark im Vergleich zum äusseren Gürtel).

Es wird angenommen, dass die Protonen mit Energien über 50 MeV in niedrigeren Höhen in den niedrigeren Gürteln das Resultat des Zerfalls des Beta-Zerfalls der kosmischen Strahlenneutronen sind. Als Quelle der Protonen mit niedriger Energie wird die Protonendiffusion angenommen, aufgrund der Wechsel im Magnetfeld während der geomagnetischen Stürme.

siehe: Tascione, Thomas F. (1994). Introduction to the Space Environment, 2nd. Ed.. Malabar, Florida USA: Kreiger Publishing CO.. ISBN 0-89464-044-5.
(http://en.wikipedia.org/wiki/Van_Allen_radiation_belt)

Die Auswirkungen der Van-Allen-Gürtel [auf die Atmosphärenfahrt]

[Die Van-Allen-Gürtel können sich wiefolgt auf die Atmosfährenschiffe auswirken]:

Solarzellen, integrierte Kreisläufe und Sensoren können durch die Strahlung beschädigt werden. Im Jahr 1962 konnten sich die Van-Allen-Gürtel vorübergehend ausweiten, was durch eine nukleare Explosion in hoher Höhe verursacht wurde ("Starfish Prime test").
(http://en.wikipedia.org/wiki/Van_Allen_radiation_belt)

Der "Starfish Prime test" beinhaltete die Zündung einer Atombombe am 9.Juli 1962 in 400 km Höhe über Johnston Island über dem Pazifik als Teil der "Operation Dominic".
(http://en.wikipedia.org/wiki/Starfish_Prime)

Durch die Atombombenzündung in der hohen Atmosphäre und die Ausweitung der Van-Allen-Gürtel wurden einige Satelliten funktionsunfähig.

Magnetische Stürme beschädigen manchmal die elektronischen Komponenten von Atmosphäreschiffen.

Die immer kleinere Bauweise bei Satelliten und die immer mehr angewandte Digitalisierung elektronischer Daten und Kreisläufe machen die Satelliten gegenüber der Strahlung immer anfälliger. Die eintretenden Ionen können so hohe Strahlung haben wie die Stärke der Kreisläufe. Elektronische Einrichtungen bei Satelliten müssen deswegen für ein zuverlässiges Funktionieren gegen die Strahlung abgeschirmt werden. Das Hubble-Weltraumteleskop hat seine Sensoren oft abgeschaltet, wenn es einen Bereich hoher Strahlung durchfliegt, wie andere Satelliten auch.

Ein Satellit mit 3mm starker Aluminiumabschirmung bekommt ungefähr 2500 rem (25 Sv) pro Jahr.

(siehe: Ptak, Andy (1997). Ask an Astrophysicist. NASA GSFC. Retrieved on 2006-06-11)

Gemäss Van Allen ergibt das Durchfliegen der Van-Allen-Gürtel kaum eine Gesundheitsschädigung für Astronauten, weil die Gürtel schnell durchflogen werden. [...]
(http://en.wikipedia.org/wiki/Van_Allen_radiation_belt)

[Aber die hohe radioaktive Strahlung auf dem Mond selber, der keine schützende Atmosphäre hat, wird von Wikipedia verschwiegen].

Die Van-Allen-Gürtel und wieso sie existieren [verschiedene Theorien]

Generell ist es verständlich, dass die Van-Allen-Gürtel das Resultat des Aufeinanderprallens des Erdmagnetfelds mit den Solarwinden ist. Partikel der Solarwinde werden dann von der Magnetosphäre der Erde eingefangen. Die eingefangenen Partikel werden von den Regionen mit stärkerem Magnetfeld zurückgewiesen, so dass Magnetfeldlinien entstehen. So prallen gewisse Partikel zwischen den Erdpolen hin und her, wo das Magnetfeld zunimmt.

Die Lücke zwischen dem inneren und dem äusseren Van-Allen-Gürtel wird durch die Wellen in sehr niedrigen Frequenzen (Very Low Frequency, VLF) verursacht, die Partikel im Kantenwinkel zerstreuen (Winkel zwischen dem Magnetfeld und der Partikelgeschwindigkeit). Am Ende gehen die Partikel in die Atmosphäre verloren. Solare Ausbrüche können also Partikel in die Lücke einschiessen, aber dann verschwinden sie wieder in einigen Tagen.

Von den Röntgenwellen (radio waves) wurde ursprünglich angenommen, dass sie durch Turbulenzen in den Strahlungsgürteln verursacht würden. Neueste Arbeiten von James Green von der NASA vom Goddard Space Flight Center vergleichen aber die Karten der Lichtaktivität (gesammelte Daten vom Atmosphärenschiff "Micro Lab 1") mit den Daten der Röntgenwellen in der Strahlungsgürtellücke (gesammelte Daten vom Atmosphärenschiff IMAGE). Der Vergleich legt nahe, dass die Röntgenwellen in Wirklichkeit durch die Lichter innerhalb der Erdatmosphäre generiert werden. Die Röntgenstrahlen prallen auf die Ionosphäre im rechten Winkel und passieren die Ionosphäre nur in hohen Breiten, wo das niedrigere Ende der Lücke sich der oberen Atmosphäre nähert. Diese Resultate sind immer noch Diskussion der wissenschaftlichen Debatte.

Die Sowjets beschuldigten die "USA" einmal, den inneren Gürtel verursacht zu haben, als Resultat der Nukleartests in Nevada. Die "USA" hat, in gleicher Weise, die "UdSSR" beschuldigt, den äusseren Gürtel durch Nukleartests produziert zu haben. Es ist ungewiss, wie Partikel von solchen Tests die Atmosphäre verlassen können und die Höhen der Strahlungsgürtel erreichen können. Gleichzeitig ist es unklar, wieso die Gürtel seit dem Atomtestverbot nicht schwächer geworden sind. Thomas Gold wies darauf hin, dass der äussere Gürtel ein Überrest der Aurora sei, während Dr. Alex Dessler darauf verwies, dass der Gürtel ein Resultat der vulkanischen Aktivität sei.

Eine andere Sichtweise schildert, dass die Gürtel als ein Elektronenstrom betrachtet werden können, der von den Solarwinden gespiesen wird. Mit den positiven Protonen und den negativen Elektronen wird der Bereich zwischen den Gürteln manchmal als ein fliessender Strom betrachtet, der dann wieder "abfliesst". Es wird auch gesagt, dass die Gürtel der Antrieb für die Aurora seien, der Antrieb für die Lichter und für viele andere elektrische Effekte.

Die Gürtel sind für künstliche Satelliten ein Risiko und in mittlerem Ausmass für menschliche Wesen gefährlich. Eine Abschirmung dagegen ist schwierig anzufertigen und sehr kostspielig.

Von Robert L. Forward existiert ein Vorschlag - "Hi-Volt" genannt - der innerhalb eines Jahres den inneren Gürtel auf 1% des natürlichen Niveaus absenken könnte. Der Vorschlag beinhaltet, hoch elektrisch geladene Leinen in eine Umlaufbahn zu bringen,
(http://en.wikipedia.org/wiki/Van_Allen_radiation_belt)

fünf 100 km lange, elektrisch geladene, Leinen, die von Satelliten gehalten werden.
(http://en.wikipedia.org/wiki/HiVolt)

Die Idee ist, dass die Elektronen durch die langen, elektrostatischen Felder umgelenkt würden, die Atmosphäre kreuzen und sich dann harmlos abbauen würden.

Einige Wissenschaftler aber meinen, dass die Van-Allen-Gürtel einige Elemente in sich tragen, die vor den Solarwinden schützen. Eine Abschwächung der Gürtel könnte elektronische Einrichtungen und Organismen auf der Erde schädigen, und könnte auf den tellurischen Strom [den Strom in der Erde und im Wasser] Einfluss haben. Die Gürtel abzubauen könnte demgemäss auch Einflüsse auf die Lage der Pole des Erdmagnetfelds haben.
(http://en.wikipedia.org/wiki/Van_Allen_radiation_belt)

[Keine Erwähnung der Volt-Spannung
Die hohe Spannung von 1 bis 100 Mio. Volt von Teilchen im äusseren Strahlungsgürtel wird nicht erwähnt].

Meldungen

1.3.2013: Neue Sondenmessungen: Es sind zeitweilig sogar drei Van-Allen-Gürtel

aus: Spiegel online: Van-Allen-Probes-Mission: Nasa-Sonden finden Strahlungsgürtel der Erde; 1.3.2013;
http://www.spiegel.de/wissenschaft/weltall/van-allen-guertel-nasa-sonde-findet-strahlungsguertel-um-die-erde-a-886215.html

<Das Magnetfeld der Erde fängt energiereiche Teilchen aus dem Sonnenwind und der kosmischen Strahlung ein. Dadurch entsteht der sogenannte Van-Allen-Gürtel - von dem gibt es ein Exemplar mehr als bisher bekannt.

Neugier gehört zu den wichtigsten Eigenschaften eines Forschers - doch manchmal braucht es auch ein gehöriges Maß an Ungeduld. Das hat Dan Baker von der University of Colorado in Boulder gerade eindrucksvoll bewiesen. Nur weil der Plasmaphysiker im vergangenen Jahr bei ein paar Nasa-Offiziellen gedrängelt hat, kann ein Forscherteam nun im Fachmagazin "Science" die Entdeckung eines bisher unbekannten Strahlungsgürtels vermelden, der weit draußen im All um die Erde reicht.

Seit mehr als 50 Jahren ist bekannt, dass sich ein zweigeteilter Strahlungsgürtel um unseren Planeten erstreckt, der sogenannte Van-Allen-Gürtel. Schuld daran ist das Magnetfeld der Erde, das energiereiche Teilchen aus dem Sonnenwind und der kosmischen Strahlung einfängt - und nicht wieder loslässt. Doch Messungen zweier Nasa-Sonden belegen nun, dass es zumindest zeitweise auch noch einen dritten Strahlungsgürtel gibt.

Die beiden "Van Allen Probes" zur Vermessung der beiden bekannten Strahlungsgürtel waren am 30. August vergangenen Jahres gestartet worden. Normalerweise dauert es nach dem Abheben eines Raumfahrzeugs eine ganze Zeit, bis die Systeme an Bord nach und nach angeschaltet werden. Doch weil Forscher Baker Druck gemacht hatte, wurde das von ihm verantwortete Messgerät ("Relativistic Electron and Proton Telescope") schon einen Tag nach dem Start hochgefahren.

Drohender Absturz

Grund dafür war der drohende Absturz eines anderen Satelliten. Die Nasa-Sonde "Sampex" hatte rund 20 Jahre lang den Strahlungsgürtel vermessen - und würde nach dem Ende ihrer Karriere in der Erdatmosphäre verglühen. Ende 2012 sollte es so weit sein. Doch zuvor wollten Dan Baker und seine Kollegen noch eine möglichst lange Zeit Daten vom alten und neuen Satelliten parallel empfangen - und so die Messungen vergleichbar machen.

So kam es zum Schnellstart des Messgeräts - und der lohnte sich, wie die Forscher nun berichten. Zunächst fanden sich in den Daten die Hinweise auf die beiden bekannten Strahlungsgürtel. Doch nach einigen Tagen Beobachtungszeit habe sich der äußere von ihnen allerdings zu einem dichten Band zusammengezogen - und ein dritter, weniger kompakter Gürtel sei entstanden.

"Das sah so komisch aus, dass ich dachte, mit dem Instrument stimmt etwas nicht", sagt Dan Baker. Weil aber beide Sonden identische Ergebnisse geliefert hätten, habe man nicht mehr gezweifelt. In der dritten Septemberwoche sei der neue Strahlungsgürtel dann wieder verschwunden. Dass die Größe des Strahlungsgürtels stark variiert, wussten Forscher bereits. Doch das dritte Band hat die Experten verblüfft.

"Wir wissen nicht, wie oft so eine Sache passiert", sagt Dan Baker. "Es ist möglich, dass so etwas ziemlich häufig abläuft, aber wir hatten bisher nicht die Werkzeuge, das zu beobachten."

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