Cinturoes de Van Allen

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O Cinturão de Radiação de Van Allen tem formato duplo toroidal, composto de partículas energeticamente carregadas (Plasma). O cinturão se localiza ao redor de Terra que é o centro do duplo toróide, contido pelo campo magnético. As Auroras Boreal e Austral estão diretamente relacionadas às linhas de campos geradas onde partículas carregadas atingem a atmosfera superior fluorescendo-na.

As partículas no cinto exterior são elétrons e íons energéticos ou prótons, existe também uma  pequena quantidade de partículas alfa e O+, semelhantes aos presentes na ionosfera,  mas muito mais enérgicos. A mistura iônica sugere que os anéis de partículas, provavelmente provêm de mais de uma fonte. O cinto exterior logicamente é maior que o interior. O fluxo de partículas pode aumentar ou diminuir drasticamente como conseqüência de tempestades geomagnéticas. Estas são ativadas pelo campo magnético e perturbações do plasma produzidas pelo Sol. Os aumentos ocorrem devidas injeções iônicas relacionadas às tempestades e à aceleração de partículas da cauda da magnetosfera da Terra.

O cinto de radiação exterior se estende a partir de 13.000 até 65.000 km de distância da Terra, (De 2 até 10 raios  terrestres aproximadamente), sua maior intensidade ocorre entre 14,500 e 19,000 km. Este consiste principalmente de elétrons de alta energia (0.1 até 10 MeV) apanhados pela magnetosfera. Os elétrons, a partir da magnetopausa, têm um alto fluxo energético, onde linhas de campo geomagnético abrem uma "cauda geomagnética", cujos fluxos eletrônicos podem descer dos níveis interplanetários a uma distância de aproximadamente 100 km.

O anel de radiação interno se estende de 700 até 10.000 km (0.1 a 1.5 raios terrestres aproximadamente), e contém altas concentrações de prótons enérgicos que excedem 100 MeV e elétrons na gama de 100 de KeV apanhados pelo forte (relativo aos cintos exteriores) campo magnético da região.

Acredita-se que prótons que excedem 50 MeV nas altitudes menores, são o resultado do decaimento beta de nêutrons criado por colisões de raios cósmicos com núcleos atômicos livres da atmosfera superior, o que ao ocorrer causa muitos pulsos eletromagnéticos minúsculos, que se propagam através do espaço, e que a fonte de prótons de energia mais baixa é a difusão dos prótons devidas mudanças no campo magnético durante tempestades geomagnéticas. Existem fortes indícios que a energia offset mais leve dos cinturões, a partir do centro geométrico da Terra, faz a região de radiação do cinturão de Van Allen interno se aproximar mais intimamente da superfície na região da Anomalia Geomagnética do Atlântico Sul. A consequência é que, para uma dada altitude, a intensidade da radiação nessa região intensifica-se. O cinturão, ao se aproximar da Terra, reduz a espessura da camada de proteção (Blindagem). Reduzindo a “espessura” do “isolamento” proporcionado pelo cinturão na região da anomalia, fica “mais fácil” a penetração de partículas carregadas e o trânsito dos pulsos eletromagnéticos emanados nos decaimentos ocasionados pelas colisões. Assim, há uma ''falha na blindagem'' que protege a propagação de pulsos eletromagnéticos. Esta forte ligação é coerente com os relatórios da NASA, que, face a um campo geomagnético anômalo (Do Atlântico Sul), decidiu desviar a rota de satélites, que costumavam ser danificados quando passavam sobre a região sul do Brasil. É sabido que os painéis solares, circuitos integrados, e sensores compostos de semicondutores podem ser danificados pela radiação e pulsos eletromagnéticos contidos na alta atmosfera. Isto foi comprovado em 1962, quando os cinturões de Van Allen foram temporariamente alterados devida explosão em alta altitude realizada  num teste nuclear (Foi o primeiro teste de uma operação chamada “Operation Dominic Starfish-Prime nuclear test”).

Embaixo: Operation Dominic Starfish-Prime nuclear test

Em conseqüência da explosão e da liberação de altas taxas de energia, além do Pulso Eletromagnético gerado, vários satélites cessaram operação, isto foi comprovadamente causado pela interação da energia liberada nos cinturões e a propagação do pulso eletromagnético no meio espacial.

As tempestades geomagnéticas ocasionalmente, acredita-se, pelo mesmo motivo de geração de Pulsos Eletromagnéticos, causam danos em componentes eletrônicos de equipamentos embarcados em aviões e satélites em grandes altitudes. A miniaturização e digitalização da eletrônica, além da construção de circuitos lógicos, fizeram os satélites mais vulneráveis para as radiações de todas as naturezas. Este é o principal motivo dos grandes investimentos realizados pela indústria eletrônica de satélites, com o intuito de criar componentes resistentes contra radiação para a operação confiável em altas altitudes, principalmente dentro da região de alta energia.

O Telescópio Hubble, entre outros satélites, tem freqüentemente seus sensores protegidos por fortes blindagens eletromagnéticas quando atravessam aquelas regiões.

Na época das missões Apollo, alegavam alguns, que aquela viagem no espaço em direção à Lua seria impossível, porque a radiação contida nos cinturões de Van Allen mataria ou incapacitaria os astronautas. O próprio James Van Allen, (falecido em 9 de agosto de 2006), rejeitou as idéias afirmando que as naves teriam blindagem suficientemente eficientes contra as radiações. Na prática, os astronautas das missões Apollo ficaram por muito puco tempo na região e teriam recebido uma dose inofensiva de radiação.

Não obstante, a NASA informou que o tempo e as taxas de exposição às radiações foram monitorados desde o lançamento ao retorno, e as órbitas de transferência lunares usadas só marginaram a extremidade do cinto em cima do equador, de forma que a radiação foi minimizada. Os astronautas que visitaram a lua, tiveram uma exposição ligeiramente maior à radiação cancerígena que um paciente submetido a um exame de tomografia.

Alguns afirmam que a abertura entre o cinturão de Van Allen interno e externo gera a emissão de radiofreqüência em comprimentos de onda de Freqüência Muito Baixa (VLF). Estas se espalham pelas partículas fazendo-as serem capturadas pela atmosfera. As explosões solares podem bombardear as partículas na abertura entre os cinturões mas elas acabam por se escoar novamente. Também é especulado que que ondas de rádio são geradas através de turbulência nas partículas livres, porém James Green comparando mapas de atividades eletromagnéticas de dados compilados pela NASA, sugeriu que as ondas VLF são geradas de fato por descargas elétricas comuns da atmosfera da Terra. As ondas de rádio geradas em tempestades eletromagnéticas, atingem a ionosfera, e quando em ângulo propício se propagam a grandes distâncias, principalmente nas altas latitudes onde as linhas de campo dos cinturões estão mais próximos , o que ocasionou uma interpretação de que os sinais de VLF eram gerados nos Cinturões de Van Allen. Acredita-se que pode haver a propagação de ondas de baixa freqüência (VLF) no meio plasmático dos cinturões, o que carece de comprovação.



Bibliografia:

*The Radiation Belt and Magnetosphere by Wilmot Hess (1968)

*a b c Introduction to Geomagnetically Trapped Radiation by Martin Walt (1994)

*Tascione, Thomas F. (1994). Introduction to the Space Environment, 2nd. Ed.. Malabar, Florida USA: Kreiger Publishing CO.. ISBN 0-89464-044-5.

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

*The Van Allen Belts and Travel to the Moon. Infrared Processing and Analysis Center. Caltech (2000). Retrieved on 2006-06-11.

Embaixo: representação dos cinturões de Van Allen

À esquerda: Simulação em laboratório dos cinturões de Van Allen.

.A atmosfera da Terra limita as partículas energéticas das regiões Van Allen entre 200 a 1.000 km aproximadamente, o campo dos cinturões não se estende além de 7 raios terrestres de distância, e seus limites estão restritos a uma área que de aproximadamente 65° do equador celeste.

A presença de um cinto de radiação já tinha sido teorizada por Nicholas Christofilos antes das primeiras prospecções realizadas por satélites na alta atmosfera terrestre. A confirmação de sua existência se deu em primeiro lugar com as missões Explorer I no dia 31 de janeiro de 1958, e Explorer III, seu estudo foi realizado pelo Doutor James Van Allen. A primeira missão espacial a compilar dados significativos sobre o Cinturão de Van Allen foi a Sputnik 3, seguida pelas missões Explorer IV, Pioneer III e Luna 1. A presença de fluorohidrocarbono na atmosfera superior, liberado pela atividade humana, causa uma absorção seletiva de partículas alfa naquela região. O acúmulo cria nuvens ionicamente carregadas e invisíveis, conhecidas como região pseudo-Van Allen, sendo 1x10-9 do tamanho real do cinturão de Van Allen verdadeiro. Atualmente, existem 2 propostas paralelas de estudo do cintução de radiação. Estas pesquisam o efeito quantitativo e qualitativo de absorção de radiação que se propaga para a baixa atmosfera terrestre.

Embaixo: Anomalia Geomagnética do Atlântico Sul.

Testes nucleares realizados no espaço geraram cintos de radiação de artificiais. (Foi o caso da  “Operation Dominic Starfish-Prime nuclear test”). A explosão em grande altitude gerou um cinto de radiação que danificou ou destruiu um terço dos satélites em órbita baixa. Thomas Gold alegou que o cinto exterior é partido sobre a aurora enquanto Alex Dessler afirma que cinto é um resultado de atividades geomagnéticas a nível magmático, ou por atividades vulcânicas (?). Uma outra hipótese sobre os cinturões de radiação, explica que seria fluxo de corrente elétrica que é alimentada pelo vento solar. Como os prótons, que são positivos, e os elétrons, que são negativos, a área entre os cintos às vezes é sujeita a um fluxo iônico que" escoa". Existem aqueles que também postulam que os cintos dirigem auroras, os raios e outros efeitos elétricos que ocorrem na Terra.

Sabe-se que as regiões de Van Allen interna e externa são o resultado de processos diferentes, e que geram alguma proteção adicional contra vento solar; e que eles podem influenciar a corrente de telúrica da Terra.

O cinturão interno, enquanto consistindo principalmente em prótons enérgicos, é o produto do decaimento de nêutrons de albedo que são o resultado de colisões de raios cósmicos na atmosfera superior.

O cinto exterior, consiste principalmente em elétrons. Estes são injetados da cauda geomagnética e das tempestades geomagnéticas. É energizado em conseqüência de interações de onda-partícula. As partículas são apanhadas de dentro do campo magnético da Terra e encontram regiões de campo magnético mais forte, onde as linhas convergem, cuja velocidade longitudinal é reduzida e pode aumentar, dependendo das condições iônicas regionais. Isto faz a partícula ricochetar de um lado para outro, emitindo assim energia em forma de ondas eletromagnéticas, que se propagam no meio gerando uma espécie de ruído surdo entre os pólos magnéticos do planeta.



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