הצגת המקור של הדף "חגורות ואן אלן"

[[קובץ:Van Allen Belts.ogv|ממוזער|320px|הדמיה המציגה את מידת הצפיפות של הקרינה בחגורות ואן-אלן.]]
[[קובץ:Van Allen radiation belt.svg|ממוזער|250px|חגורות ואן אלן]]
'''חגורות ואן אלן''' הן סדרה של חגורות [[חלקיק]]ים טעונים ב[[מטען חשמלי]], המקיפות את [[כדור הארץ]] והמצויות באזור ה[[מגנטוספירה]]. האינטראקציה של החלקיקים עם ה[[אטמוספירה]] גורמת לתופעת [[זוהר הקוטב]].

אפשרות קיומן של החגורות נידונה בתחילת [[המאה ה-20]] והן התגלו בפועל בשנת [[1958]] על ידי [[ג'יימס ואן אלן]], אשר התקין [[גלאי]] [[קרינה]] על גבי לווייני המחקר [[אקספלורר 1]] ו[[אקספלורר 3]].

הגבול התחתון של החגורות הוא במרחק של 200–1,000 [[קילומטר]] מעל פני כדור הארץ, וגבולן העליון נמצא בסביבות 44,000 קילומטר (7 פעמים [[רדיוס]] כדור הארץ. רדיוס כדור הארץ יסומן בהמשך ב־<math>R_\mbox{E}</math>).

שתי [[גשושית|גשושיות]] [[נאס"א]] בשם "גשושיות הסערה בחגורת הקרינה" (Radiation Belt Storm Probes), שוגרו בתחילת שנת [[2012]], וחקרו את אוכלוסיות החלקיקים בחלל, ההיווצרות והשינוי שלהן בהתאם לפעילות [[השמש]] ו[[רוח השמש]].

==מחקר עכשווי==
[[קובץ:Jupiter radio.jpg|ממוזער| חגורות קרינה סביב פלנטת צדק]]
משימת הגשושיות של חגורת ואן אלן הושקה בהצלחה ב-30 באוגוסט 2012. המשימה העיקרית הייתה אמורה להימשך שנתיים עם אפשרות להארכה עד ארבע שנים. הגשושיות הושבתו בשנת 2019 לאחר שאזל בהן הדלק, והן צפויות לצאת ממסלולן במהלך שנות השלושים. מרכז טיסות החלל גודארד של נאס"א מנהל את תוכנית "Living with a Star" – הכוללת את פרויקט הגשושיות של חגורת ואן אלן, בשיתוף עם מצפה הדינמיקה השמשית (SDO). המעבדה לפיזיקה יישומית אחראית על היישום וניהול המכשירים של ה-Van Allen Probes{{הערה|שם=Applied|{{cite web |url=http://rbsp.jhuapl.edu/newscenter/intheloop/2010_01.php |archive-url=https://archive.today/20120724194220/http://rbsp.jhuapl.edu/newscenter/intheloop/2010_01.php |url-status=dead |archive-date=2012-07-24 |title=Construction Begins! |date=January 2010 |website=The Van Allen Probes Web Site |publisher=[[Applied Physics Laboratory|The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory]] |access-date=2013-09-27 }}}}.

משימת המחקר של נאס"א בחגורת ואן אלן שואפת להבין (עד כדי חיזוי) כיצד אוכלוסיות של אלקטרונים ויונים יחסותיים נוצרות בחלל או משתנות כתוצאה משינויים בפעילות השמש או ברוח השמש. מחקרים במימון המכון למושגים מתקדמים של נאס"א הובילו לפיתוח חיישנים מגנטיים לאיסוף אנטי-חומר המופיע באופן טבעי בחגורות ואן אלן של כדור הארץ, למרות שרק כמות זעומה של כ־10 מיקרוגרם של אנטי-פרוטונים נמצאת בכל החגורה<ref>{{cite web |url=http://www.niac.usra.edu/files/studies/abstracts/1071Bickford.pdf |title=Extraction of Antiparticles Concentrated in Planetary Magnetic Fields |last=Bickford |first=James |publisher=NASA/[[NASA Institute for Advanced Concepts|NIAC]] |access-date=2008-05-24}}</ref>.

חגורות קרינה דומות קיימות סביב כוכבי לכת וירחים אחרים במערכת השמש, שיש להם שדות מגנטיים חזקים דיים כדי לקיימן. עד כה, רוב חגורות הקרינה הללו מופו בצורה חלקית ביותר. תוכנית וויאג'ר ([[וויאג'ר 2]]) אישרה את קיומן של חגורות דומות סביב אורנוס ונפטון.

סערות גיאומגנטיות יכולות לגרום לשינויים בצפיפות האלקטרונים במהירות יחסית (במהלך יום אחד או אף פחות מכך). תהליכים לאורך זמן רב יותר קובעים את התצורה הכוללת של החגורות. בעקבות הזרקת אלקטרונים מרוח השמש עולה צפיפות האלקטרונים. מאידך, צפיפות האלקטרונים נצפית לעיתים קרובות כדעיכה מערכית. קבועי הדעיכה נקראים "זמן חיים". מדידות באמצעות הספקטרומטר המגנטי Van Allen Probe B מראות שחיי אלקטרונים בחגורות ארוכים למדי (יותר מ-100 ימים) בחגורה הפנימית. ב"מרווח" שבין החגורות זמני חיים של אלקטרונים קצרים יותר, לערך יום או יומיים. בחגורה החיצונית אורך חיים של אלקטרונים תלויי באנרגיה שלהם, מוערך בין חמישה עד 20 ימים{{הערה|שם=Applied}}.

==הרכב החגורות==
[[קובץ:Rendering of Van Allen radiation belts of Earth 2.jpg|ממוזער|תרשים של שתי חגורות ואן אלן סביב כדור הארץ, הפנימית באדום שמרביתה מורכבת מפרוטונים, והחיצונית בכחול ומרביתה מורכבת מאלקטרונים. Image Credit: NASA]]

מערכת חגורות ואן אלן מורכבת משתי חגורות - החגורה החיצונית וחגורה פנימית, כאשר בין החגורות מרווח ברוחב אלפי קילומטרים. החגורה הפנימית מתחילה במרחק של כ־700 קילומטר ונגמרת במרחק של כ־10,000 קילומטר מפני כדור הארץ (שיא הקרינה במרחק של כ־1 <math>R_\mbox{E}</math> מפני כדור הארץ), והיא מורכבת ברובה מ[[פרוטון|פרוטונים]] בעלי [[אנרגיה]] של יותר מ־100 [[אלקטרון וולט|מגה אלקטרון וולט]] ו[[אלקטרון|אלקטרונים]] בעלי אנרגיה של מאות קילו אלקטרון וולט. החגורה החיצונית משתרעת במרחק של 7–3 <math>R_\mbox{E}</math> מפני כדור הארץ (שיא הקרינה במרחק של כ־4 <math>R_\mbox{E}</math>), מורכבת בעיקר מ[[אלקטרון|אלקטרונים]] בעלי אנרגיה של 0.1 עד 10 [[אלקטרון וולט|מגה אלקטרון וולט]], וכן כמות קטנה יחסית של [[יון|יונים]]. החגורה החיצונית רחבה בהרבה מהפנימית, אוכלוסיית החלקיקים שלה יציבה פחות ומושפעת מ[[סערה גאומגנטית|סערות גאומגנטיות]].

בשנת 2013 גשושיות Van Allen Probes גילו טבעת קרינה שלישית, שהתקיימה במשך ארבעה שבועות בטרם התפוגגה<ref>{{Citation|title=Part 1 - Van Allen Probes Discover A New Radiation Belt - NASA Heliophysics Briefing|url=https://www.youtube.com/watch?v=B35MhpkPIq4|accessdate=2023-10-03|language=he-IL}}</ref>. 

==מקור התופעה==
לכל אחת משתי חגורות ואן־אלן מקור משלה. מקורם של ה[[פרוטון|פרוטונים]] בחגורה הפנימית היא התפרקות של [[נייטרון|נייטרונים]], הנוצרים בפגיעת [[קרינה קוסמית]] בשכבות העליונות של האטמוספירה. החגורה החיצונית מקורה ב[[חלקיק]]ים מה[[מגנטוספירה|שובל המגנטי]], אשר נלכדים בחגורה בעת [[סערה גאומגנטית|סערות גאומגנטיות]]. החלקיקים בחגורות נעים בו־זמנית מסביב לקווי [[השדה המגנטי של כדור הארץ]] ולאורך קווים אלה, בתנועה דמוית ספירלה. כאשר מתקרבים החלקיקים לכדור הארץ, השדה המגנטי החזק באזור גורם להאטת תנועתם עד לעצירה ותחילת התנועה בכיוון ההפוך. כך נעים החלקיקים בין קצוות החגורה, הנמצאים ליד הקטבים, והם לכודים למעשה בתוך החגורה. הסיבה לקיום הפער בין החגורות היא כנראה [[גל]]ים בעלי [[תדירות]] נמוכה מאוד (מ־3 עד 30 [[הרץ|קילו־הרץ]]), שמפזרים את החלקיקים באזור זה בזוויות הגורמות, בסופו של דבר, לבליעת החלקיקים באטמוספירה. מקורם של גלים אלה אינו ידוע בוודאות, אך לפי מחקר אחרון ייתכן כי מקורם ב[[ברק]]ים אשר נוצרים באטמוספירה.

==סכנה לאדם בחלל==
[[קובץ:ROSAT_SAA.gif|שמאל|ממוזער|250px|ממדי אנומליה דרום־אטלנטית בגובה 500 קילומטר]]
הקרינה בחגורות מסוכנת, גם לאדם וגם לציוד רגיש, כגון [[תא פוטו-וולטאי|תאים סולריים]], [[חיישן|גלאים]] ו[[מעגל משולב|מעגלים משולבים]]. החלקיקים בחגורות מסוגלים לחדור כ־1 [[גרם]] ל[[מטר רבוע|סמ"ר]] (g/cm<sup>2</sup>) של הגנה - למשל, 1 [[מילימטר]] של [[עופרת]]. בשנת [[1962]], בעקבות הניסוי ה[[נשק גרעיני|גרעיני]] ה[[ארצות הברית|אמריקני]] "Starfish prime", רמת הקרינה בחגורות עלתה זמנית, דבר שהשבית את פעילותם של מספר [[לוויין|לוויינים]]. ה[[טייס חלל|אסטרונאוטים]] אשר השתתפו בטיסות המאוישות במסגרת [[תוכנית אפולו]], נמצאו באזור החגורות במשך פרקי זמן קצרים ולכן נחשפו לכמות קרינה מוגבלת, אך אין ספק כי טיסות מאוישות נוספות למרחקים גדולים ידרשו אמצעי מיגון מתוגברים.

האזור בו חגורת ואן אלן הפנימית הכי קרובה לכדור הארץ מכונה "[[אנומליה דרום-אטלנטית|אנומליה דרום־אטלנטית]]" (South Atlantic Anomaly). באזור זה, נחשפים הלויינים לכמות קרינה גדולה במיוחד, ולכן רבים מהם, כגון [[טלסקופ החלל האבל]], מכבים את הגלאים שלהם בעת המעבר באזור זה.

== ראו גם ==
* [[בראשית_(גשושית)#אתחול_אוטונומי_של_מחשב_הגשושית_והתמרון_השני_שבוצע_באיחור|השפעת החגורה על הגשושית בראשית]]

==קישורים חיצוניים==
{{ויקישיתוף בשורה}}
* [http://www.hayadan.org.il/killer-electrons-from-space-1407072 אלקטרונים קטלניים בחלל], הידען
* {{בריטניקה}}

== הערות שוליים ==
{{הערות שוליים|יישור=שמאל}}

{{בקרת זהויות}}
[[קטגוריה:מדעי החלל]]
[[קטגוריה:השדה המגנטי של כדור הארץ]]