Hvad er Van Allen bælterne?

Hej Spørg om Fysik
Jeg har længe undret mig over, hvad Van Allen bælterne er, og hvilken sammenhæng de har med magnetiske reversioner. Håber I kan forklare mig det.

Med venlig hilsen
C B. O

Van Allen bælterne er områder i rummet omkring jorden hvor Jordens magnetfest fastholder en mængde ioniserede partikler.

Det drejer sig i hovedsagen om 2 bælter. Det ydre bælte centreret ca. 15 000 til 20 000 km over jordoverfladen, og det indre bælte centreret ca. 3000 km over jordoverfladen, og ned til 200 km højde over jordoverfladen. Bælterne ligger hele vejen rundt om jorden, som bilslanger omkring ækvator uden på hinanden, og følger magnetfeltlinjerne fra jordens magnetfelt. De ioniserede partikler i bælterne er fra 0,1 til 10 MeV fra det ydre bælte, og det indre bælte fra 100 keV til 100 MeV (1 MeV er 1,6*10^-13 Joule). Bælterne og rummet imellem dem  indeholder tilsyneladende også antipartikler, f.eks. antiprotoner.

Astronomen James Alfred Van Allen

Bælterne er opkaldt efter astronomen James Alfred Van Allen (US , 1914 – 2006), som opdagede dem. Det indre bælte indeholder i hovedsagen protoner. Tætheden er sådan, at hvis man har en terning på 1*1*1 cm, går der ca. 20 000 protoner igennem fladerne pr. sek. Man antager, at protonerne i hovedsagen stammer fra henfald af neutroner skabt i atmosfæren af kosmisk stråling.

Det ydre bælte indeholder partikler bl.a. fra solvinden, f.eks. He og protoner, samt elektroner med høj energi, hvorimod protonerne her er langt mere lavenergetiske. En stor del af partiklerne fra det ydre bælte stammer desuden fra den elektrisk ladede del af Jordens øvre atmosfære, den såkaldte ionosfære. Nord- og sydlys har en nær sammenhæng med partiklerne i det ydre bælte. 

Ioniserede partikler i spiralbaner

En ladet partikel i et magnetfelt påvirkes af en kraft vinkelret på sin hastighed, og vinkelret på magnetfeltet. Det betyder, at en bevæget ladet partikel i et magnetfelt får en cirkelbevægelse i feltet fra den del af hastigheden, som er vinkelret på feltet. Har den hastighed langs feltet, bliver bevægelsen til en spiral. De ioniserede partikler bevæger sig altså i spiralbaner, og følger feltlinjerne imod Jorden, hvis de ikke støder ind i noget. Her kan de ramme atmosfæren, eller blive reflekteret retur af det kraftigere felt tæt ved Jorden. Så de svinger frem og tilbage fra den ene halvkugle til den anden.

Partikelenergierne er sådan, at de maksimale energier kræver ca. 140 mm bly for at halvere strålingen. Satellitter der skal passerer bælterne, skal være ”hærdet” - dvs. beskyttet delvist imod strålingen omkring de mere følsomme dele af elektronikken. Astronauter der kommer i bælterne, får derfor naturligvis også en strålingsdosis fra de ioniserede partikler.

Beskyttelse mod stråling fra rummet

Det magnetfelt, som de elektrisk ladede partikler i Van Allen bælterne bliver indfanget i, er Jordens eget magnetfelt, der skabes i Jordens indre ved en dynamovirkning i den flydende jernkerne. Sammen med atmosfæren virker dette felt også som et skjold mod solvinden og partikelstråling fra rummet.

En reversion af jordfeltet skabes altså inde i jorden, og vil påvirke bælterne enormt. Felterne er der simpelthen ikke, hvis der ikke er noget magnetfelt, og vi vil miste en del af vores beskyttelse imod stråling fra rummet.

Med venlig hilsen
Susanne Vennerstrøm
Malte Olsen