Was ist das Erdmagnetfeld als Strahlenschutzschild – Definition

Das Erdmagnetfeld bildet einen lebenswichtigen Strahlungsschild der kosmischen Strahlung. Neben einer schützenden Atmosphäre haben wir auch das Glück, dass die Erde ein magnetisches Feld hat. Das Magnetfeld erstreckt sich über mehrere Zehntausend Kilometer in den Weltraum und schützt die Erde vor den geladenen Partikeln des Sonnenwinds und vor kosmischen Strahlen, die sonst die obere Atmosphäre zerstören würden, einschließlich der Ozonschicht, die die Erde vor schädlicher ultravioletter Strahlung schützt. Es schützt uns vor den vollen Auswirkungen des Sonnenwinds und der GCR. Ohne diesen Schutz könnte die Biosphäre der Erde nicht so existieren wie heute oder wäre zumindest auf den Untergrund beschränkt. Das Erdmagnetfeld ist auch ein Strahlungsschild für Astronauten und die ISS selbst, da es sich in einer niedrigen Erdumlaufbahn befindet.

Berechnungen des Kohlendioxidverlusts aus der Marsatmosphäre, der durch das Abfangen von Ionen durch den Sonnenwind verursacht wurde, deuten darauf hin, dass die Dissipation des Magnetfelds des Mars einen nahezu vollständigen Verlust seiner Atmosphäre verursachte. Eine andere Tatsache ist, dass jeder, der sich während eines besonders heftigen Sonnenausbruchs im Jahr 2005 auf der Mondoberfläche befand (dh außerhalb des  Erdmagnetfelds ), eine tödliche Dosis erhalten hätte .

Klassifikation der kosmischen Strahlung

Die kosmische Strahlung kann nach ihrem Ursprung in verschiedene Arten unterteilt werden. Es gibt drei Hauptquellen für solche Strahlung:

• Solare kosmische Strahlung . Solare kosmische Strahlung bezieht sich auf Strahlungsquellen in Form von hochenergetischen Partikeln (vorwiegend Protonen), die von der Sonne emittiert werden, hauptsächlich bei solaren Partikelereignissen (SPEs).
• Galaktische kosmische Strahlung . Galaktische kosmische Strahlung, GCR, bezieht sich auf Strahlungsquellen in Form von energiereichen Partikeln, die außerhalb des Sonnensystems, aber im Allgemeinen aus unserer Milchstraßengalaxie stammen.
• Strahlung von den Strahlungsgürteln der Erde ( van Allen-Gürtel ). Van-Allen-Strahlungsgürtel sind Zonen hochenergetischer Teilchen (insbesondere Protonen), die vom Erdmagnetfeld eingeschlossen werden.

Galaktische kosmische Strahlung

Galaktische kosmische Strahlung , GCRbezieht sich auf Strahlungsquellen in Form von energiereichen Partikeln, die außerhalb des Sonnensystems entstehen. GCR sind hochenergetische Kerne, von denen alle umgebenden Elektronen während ihres schnellen Durchgangs durch die Galaxie entfernt wurden. Das auf die obere Atmosphäre einfallende GCR besteht aus einer Kernkomponente, deren Aggregat 98% der Gesamtmenge ausmacht (2% sind Elektronen). Die Kernkomponente besteht dann aus einer Mischung von hochenergetischen Protonen (~ 86%), Alpha-Partikeln (~ 12%) und einer Spur schwererer Kerne (~ 1%). GCR werden vom galaktischen Magnetfeld gefangen, daher haben sie sich wahrscheinlich in den letzten Millionen Jahren beschleunigt und sind viele Male durch die Galaxie gereist. Ihr Beschleunigungsmechanismus ist ungewiss, Ein möglicher Mechanismus ist jedoch, dass die Teilchen durch Stoßwellen beschleunigt werden, die sich von Supernovas aus ausbreiten. Die Energie dieser Partikel liegt zwischen 10⁸ eV und 10 ²⁰ eV. Ein sehr kleiner Anteil sind stabile Antimaterieteilchen wie Positronen oder Antiprotonen.

Die genaue Natur dieser verbleibenden Fraktion ist ein Bereich der aktiven Forschung. Die GCR-Fluenzrate variiert mit der Sonnenaktivität und ist niedriger, wenn die Sonnenaktivität höher ist. Aufgrund der geringeren Abschirmung des solaren Magnetfelds ist die Fluenz bei solaren Minima deutlich höher als bei solaren Maxima.

Solare kosmische Strahlung – Sonnenpartikelereignis

Unter kosmischer Sonnenstrahlung versteht man Strahlungsquellen in Form von energiereichen Teilchen (vorwiegend Protonen), die von der Sonne emittiert werden , hauptsächlich bei Sonnenpartikelereignissen (SPEs). Die auf die obere Atmosphäre einfallende Sonnenstrahlung besteht hauptsächlich aus Protonen (99%) mit Energien im Allgemeinen unter 100 MeV. Sonnenpartikelereignisse treten beispielsweise auf, wenn von der Sonne emittierte Protonen während eines Flares entweder in der Nähe der Sonne oder im interplanetaren Raum durch koronale Massenausstoßschocks beschleunigt werden. Beachten Sie, dass die Sonne einen 11-Jahres-Zyklus hat, der zu einem dramatischen Anstieg der Anzahl und Intensität von Sonneneruptionen führt, insbesondere in Zeiten mit zahlreichen Sonnenflecken.

Sonnenstrahlung stellt eine erhebliche Strahlungsgefahr für Raumfahrzeuge und Astronauten dar und erzeugt auch in großen Höhen signifikante Dosisraten, aber nur die energiereichste Strahlung trägt zu Dosen in Bodennähe bei. Beachten Sie, dass jeder, der sich während eines besonders heftigen Sonnenausbruchs im Jahr 2005 auf der Mondoberfläche befunden hatte, eine tödliche Dosis erhalten hätte .

Strahlung von Erdstrahlungsgürteln – Van Allen-Gürtel

Van-Allen-Strahlungsgürtel sind Zonen hochenergetischer Partikel (insbesondere Protonen), die vom Erdmagnetfeld eingefangen werden . Die meisten dieser hochenergetischen Teilchen stammen vom Sonnenwind, der vom Magnetfeld dieser Erde erfasst und um einen Planeten gehalten wurde. Der Van-Allen-Gürtel ist wie ein Torus über dem Äquator geformt. Es gibt zwei Van-Allen-Strahlungsgürtel, ein innerer Gürtel ist etwa 3.000 Kilometer und ein äußerer Gürtel etwa 22.000 Kilometer von der Erdoberfläche entfernt. Es enthält hauptsächlich energetische Protonen im Bereich von 10-100 MeV.

Raumschiffe, die sich jenseits der Erdumlaufbahn bewegen, betreten die Strahlungszone der Van-Allen-Gürtel. Über die Gürtel hinaus sind sie zusätzlichen Gefahren durch kosmische Strahlung und Sonnenpartikelereignisse ausgesetzt. Ein Bereich zwischen dem inneren und dem äußeren Van-Allen-Gürtel liegt bei zwei bis vier Erdradien und wird manchmal als „sichere Zone“ bezeichnet.