Van Allen kuşakları

Van Allen kuşakları, Dünya'nın manyetik alanında hapsolmuş yüksek enerjili protonlar ve elektronlardan oluşan, gezegeni simit biçiminde saran radyasyon bölgeleridir. Genellikle içteki ve dıştaki olmak üzere iki ana kuşak olarak anlatılır.

Nasıl işler?

Yüklü bir parçacık manyetik alan çizgisinin çevresinde sarmal çizerek döner. Dünya'nın alanı kutuplara doğru yoğunlaştığı için parçacık bir kutba yaklaştıkça sıkışır, bir noktada geri yansır ve diğer yarım küreye doğru gider. Böylece parçacık, iki kutup arasında sürekli gidip gelerek tuzağa düşer. Bu davranış "manyetik ayna" olarak anılır. Ayrıca parçacıklar yavaş yavaş Dünya'nın çevresinde boylamsal olarak kayar.

İçteki kuşak Dünya yüzeyinden bin kilometre kadar yukarıdan başlayıp yaklaşık on iki bin kilometreye uzanır (yaklaşık 0,2 ile 2 Dünya yarıçapı arası). Büyük ölçüde kozmik ışınların atmosferle çarpışmasından doğan çok enerjili protonları içerir ve nispeten kararlıdır. Dıştaki kuşak yaklaşık on üç bin ile altmış bin kilometre arasındadır (yaklaşık 3 ile 10 Dünya yarıçapı); en yoğun bölgesi genellikle 4-5 Dünya yarıçapı çevresindedir, ağırlıklı olarak elektronlardan oluşur ve güneş etkinliğine bağlı olarak şişip büzülür. Bazen aralarında "boşluk" bölgesi bulunur, ama Güneş kaynaklı olaylar sonrasında geçici bir üçüncü kuşak da oluşabilir: Van Allen Sondaları 2013'te dış kuşağı bölen ve yaklaşık dört hafta süren böyle bir kuşak buldu.

Örnekler

Explorer 1 uydusu, 1958'de kuşakların ilk kanıtını verdi. 30 Ağustos 2012'de fırlatılan iki Van Allen Sondası, ikiz araçlar olarak kuşakların içinden geçip 2019'a kadar, yani yaklaşık yedi yıl ölçüm yaptı; kuşaklardaki ışık hızına yakın elektronların fırtınalar sırasında nasıl hızlandığını ve nasıl yitirildiğini inceledi. Hubble Uzay Teleskobu ve Uluslararası Uzay İstasyonu kuşakların altındaki alçak yörüngelerde çalıştığı için görece güvendedir; ama Güney Atlantik Anomalisi denen bölgede iç kuşak Dünya'ya yaklaşık 200 kilometreye kadar iner ve oradan geçen uydular daha çok radyasyona maruz kalır.

Küresel konumlandırma uyduları ve birçok iletişim uydusu, kuşakların içinden veya yakınından geçen yörüngelerde dolanır; bu nedenle radyasyona dayanıklı bileşenlerle yapılırlar. Apollo astronotları ise kuşaklardan hızla geçtikleri için çok düşük, zararsız bir radyasyon dozu aldı.

Tarihçe

Kuşakların varlığı 1958'in başında, Iowa Üniversitesi'nden James Van Allen'in ekibinin Explorer 1 ve Explorer 3 uydularındaki Geiger sayaçlarının verileriyle ortaya çıktı. Explorer 1'in sayacı bazen beklenen sayımı, bazen de şaşırtıcı biçimde sıfır sayım bildiriyordu; sayacın çok yoğun radyasyon yüzünden doyduğu, bant kaydedicili Explorer 3'ün verileriyle anlaşıldı. Sovyet Sputnik 2'nin ölçümleri de kuşakların varlığını doğruladı. Bu, uzay çağının ilk büyük bilimsel keşiflerinden biri oldu. Yine 1958'de ABD'nin Argus projesi kapsamında yaptığı yüksek irtifa nükleer denemeleri, kuşaklardaki elektron miktarını geçici olarak artırdı.

Neden önemli?

Kuşaklar uzay hava durumunu doğrudan yansıtır. Güçlü fırtınalarda hızlanan "öldürücü elektronlar" uyduların elektroniğine yerleşip yük birikimiyle arıza çıkarabilir. Bu yüzden uydu tasarımcıları kuşakların davranışını modellemek zorundadır. Aynı zamanda kuşaklar, parçacıkların manyetosferde nasıl hızlandırıldığını anlamak için doğal bir laboratuvardır; Jüpiter ve Satürn'ün benzer kuşakları da bu bilgiyle yorumlanır.

Merak edilenler

Kuşakların şekli ve yoğunluğu güneş etkinliğine göre değişir. Jeomanyetik fırtınalar dış kuşaktaki elektron sayısını bir günden kısa sürede artırıp azaltabilir; iç kuşak ise çok daha kararlıdır. Kuşaklar yaklaşık 65 derece enleme kadar uzanır. Uzay mühendisleri yörüngeleri seçerken kuşakların en yoğun bölgelerinden kaçınır ve hassas bileşenleri koruyucu kalkanlarla donatır. Kuşakların varlığı, insanlı Ay görevleri öncesinde endişe konusuydu. Apollo gemileri kuşakların daha seyrek bölgelerinden hızla geçecek biçimde planlandı; Apollo 14 ise kuşakların kalbinden geçti, yine de alınan doz zararsız düzeyde kaldı. Kuşaklar yalnızca Dünya'ya özgü değildir: Jüpiter, Satürn, Uranüs ve Neptün çevresinde de radyasyon kuşakları gözlenmiştir. Güneş'in ise kararlı bir küresel çift kutuplu manyetik alanı olmadığından uzun ömürlü kuşakları yoktur.

İlgili terimler

• Manyetosfer
• Uzay havası
• Güneş rüzgârı
• Kozmik ışın
• Kutup ışıkları
• Güney Atlantik Anomalisi