Роль рад. поясов и атмосферы в защите Земли от косм. лучей

[SelenIT]

Известно, что радиационный фон круто растет с высотой, т.е. львиная доля космических частиц, и первичных, и вторичных, поглощается атмосферой. Достаточно известно, что магнитное поле Земли много раз меняло полярность (т.е. временами ослабевало минимум на порядок) и ничего катастрофического с биосферной в эти периоды не случалось. По данным NASA, включающим результаты Curiosity, рад. фон на МКС (над атмосферой, но под рад. поясами) в среднем всего в 3,5 раза ниже фона в межпланетном пространстве, но в сотни раз выше фона на уровне моря. Т.е. защитная роль атмосферы вроде как на порядки заметнее:


Откуда же взялось представление (заблуждение?), что главная защита Земли от космического излучения - именно радиационные пояса? Возможно, это справедливо для опред. типа/энергии частиц (протоны солнечного ветра?) и необоснованно обобщено на все типы частиц? Или это всё-таки я заблуждаюсь и не понимаю чего-то важного? Заранее огромное спасибо за разъяснения!

[Грехов Михаил]

Земля защищается не радиационными поясами, а собственным магнитным полем. Заставляя огибать заряженные частицы (протоны и электроны) И порой направляет их в приполярные области.

Радиационные пояса-это такие пояса планеты в которых эти частицы имеют свойство накапливаться и удерживаясь магнитным полем образуют тороиды над экваториальной зоной планеты.

[SelenIT]

Земля защищается не радиационными поясами, а собственным магнитным полем. Заставляя огибать заряженные частицы (протоны и электроны) И порой направляет их в приполярные области.

Спасибо за исправление терминологии! В стартовом посте я подразумевал именно отклонение заряж. частиц магн. полем. Но главный вопрос остается в силе - какая доля в защите Земли приходится на это отклонение, а какая - на поглощение в атмосфере? Особенно с учетом, что часть частиц действительно попадает в приполярные области, но вместо опасных уровней радиации всё ограничивается красивой подсветкой неба?

[Грехов Михаил]

А это разные частицы.

Те, что идут потоком от Солнца-это заряженные частицы не такой уж большой энергии. И магнитное поле действует на них. А есть ещё другие частицы, гораздо бОльших энергий и скоростей (космические лучи). Главным образом протонов и ядер атомов. Те прошивают магнитное поле Земли  влёгкую и сталкиваясь с атмосферой Земли, при этом порождая атмосферные ливни из вторичных частиц  А это уже та самая пресловутая радиация в атмосфере. Но доля её ничтожна, ибо поток частиц таких энергий на Землю в разы меньше того, что выделяет Солнце

[Астроном с биноклем]

Короче у нас над головами большой адронный коллайдер))

[Грехов Михаил]

Типа того. Однако энергии частиц на несколько порядков выше. Такие, какие БАК и не снились.

[SelenIT]

Но доля её ничтожна, ибо поток частиц таких энергий на Землю в разы меньше того, что выделяет Солнце

Вот здесь был бы очень благодарен за пару уточнений:
1) Если атмосфера умудряется на порядки ослаблять поток даже тех частиц, которые "прошивают магнитное поле Земли  влёгкую", вместе с их вторичкой - не значит ли это, что медленные частицы от Солнца (единицы кэВ) она поглотит и подавно, и без магнитного отклонения?
2) Как соотносится "ничтожная" доля "прошивающих" магнитное поле галактических лучей и отклоняемых солнечных с тем, что разница суммарного уровня радиации на орбите МКС (под защитой магнитного поля) и в межпланетном пространстве различается не на порядок, а всего в 3,5 раза?

[konstkir]

Нас защищает атмосфера. А атмосферу защищает магнитное поле, не пуская солнечный ветер в атмосферу.
Не было бы его жили бы как на Марсе, у которого солнечный ветер сильно выбил атмосферу. 

[SelenIT]

Спасибо! Теперь, действительно, понятнее.

Правда, на следующем витке скептицизма можно, для симметрии, помянуть Венеру и прицепиться к фразе из википедии "Последние модели показывают, что солнечный ветер отвечает не более чем за 1/3 общей нетермической диссипации атмосферы"... но это уже нюансы и тонкости). Еще раз огромное спасибо за помощь!

[Kweni]

Как соотносится "ничтожная" доля "прошивающих" магнитное поле галактических лучей и отклоняемых солнечных с тем, что разница суммарного уровня радиации на орбите МКС (под защитой магнитного поля) и в межпланетном пространстве различается не на порядок, а всего в 3,5 раза

Потому что кроме солнечного ветра и космических лучей есть ещё рентгеновское, гамма и жёсткое ультрафиолетовое излучение, как Солнца, так и от других источников, которое поглощается атмосферой, но магнитное поле на них не влияет (оно задеживает только частицы, обладающие зарядом)

[konstkir]

Спасибо! Теперь, действительно, понятнее.

Правда, на следующем витке скептицизма можно, для симметрии, помянуть Венеру и прицепиться к фразе из википедии "Последние модели показывают, что солнечный ветер отвечает не более чем за 1/3 общей нетермической диссипации атмосферы"... но это уже нюансы и тонкости). Еще раз огромное спасибо за помощь!

На Венере, по-видимому, идет пополнение атмосферы за счет внутреннего строения, запасов газов и хим.реакций благодаря большим температурам и давлению.
Землю тоже не так просто лишить атмосферы, так как много воды и вулканов.
Но легче чем Венеру при отсутствии магнитного поля.

[SelenIT]

C помощью хороших людей с Хабра, кажется, разобрался совсем

Действительно, магнитное поле Земли отклоняет протоны с энергией ниже в среднем 0.66 ГэВ (точное значение зависит от широты, но масштаб такой), и, поскольку таких частиц подавляющее большинство (именно этого графика мне не хватало):

то создается впечатление (полностью объективное!), что именно магнитное поле оберегает Землю от львиной доли источника облучения.

Но. Энергия, нужная протону, чтобы "добить" до поверхности Земли (по кратчайшему пути, отвесно), равна 2.3 ГэВ — вчетверо больше порога, отсекаемого магнитным полем. И пробег у отсеченных частиц, по грубой прикидке на основе табл. 2 отсюда, был бы почти на порядок меньше. Т.е. шансов пробить атмосферу и долететь до поверхности всё равно не было бы ни у них самих, ни у основной массы выбитых ими вторичных частиц (кроме, возможно, некоторой части мюонов).

Получается, при отсутствии у Земли магнитного поля мы бы непрерывно любовались полярными сияниями на всех широтах, но уровень радиации у поверхности был бы совсем ненамного (тут люди считали, получилось примерно вдвое) выше, чем сейчас. Жить можно! Видимо, и все пресловутые "переполюсовки" выглядят примерно так

Хорошая всё-таки у нас атмосфера! В очередной раз проникся к ней уважением (первый раз — когда в ходе игр с Impact Calculator'ом осознал, что она не подпустила бы Челябинского "гостя" к поверхности ни под каким углом). Думаю, можно даже простить ей отдельные мелкие слабости типа турбулентности...

[Андрей Курилов]

Земля защищается не радиационными поясами, а собственным магнитным полем. Заставляя огибать заряженные частицы (протоны и электроны) И порой направляет их в приполярные области.

Полярные сияния прямо над головой видел не раз. Лучевой болезни не заработал.

Это очень распространённое заблуждение - что, якобы поверхность Земли защищена от космической радиации магнитным полем. Тогда бы в приполярных областях был бы перманентный Чернобыль с Фукусямой.

https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,105628.msg2350020.html#msg2350020
Здесь некоторые участники развели спор об этом, причём многие, как оказалось, даже не знают, что решающая роль защиты от радиации за атмосферой. Показательно, рекомендовано к прочтению.

[SelenIT]

Полез смотреть оригинал статьи этого Димитры Атри (благо она в свободном доступе) и заметил занятную вещь: для некоторых типов частиц и плотности атмосферы 500-700 г/см² при магнитном поле в 15% от нынешнего земного доносимая до поверхности энергия оказывается даже несколько больше, чем при нулевом магнитном поле. Интересно, за счет чего такой эффект? Магнитное поле отклоняет в атмосферу часть частиц, которые иначе пролетели бы мимо? Или мешает энной части низкоэнергетичных вторичных частиц рассеяться обратно в космос? Или просто артефакт модели/расчета?

На итоговой табличке — cуммарная годовая эффективная доза, в миллизивертах, в зависимости от уровня магнитного поля и плотности атмосферы — этот эффект (глюк?) тоже сказался:

Магнитный момент (%)	100 г/см2	200 г/см2	500 г/см2	700 г/см2	1036 г/см2
0	553.33	262.51	17.22	3.02	0.65
15	509.81	260.48	18.20	3.38	0.46
50	257.21	141.20	11.98	2.53	0.42
100	171.46	97.04	8.70	1.84	0.34

Но за вычетом этой небольшой странности, на мой взгляд, качественная зависимость выглядит вполне интуитивно и убедительно...

[Erg Noor]

Магнитное поле отклоняет в атмосферу часть частиц, которые иначе пролетели бы мимо? Или мешает энной части низкоэнергетичных вторичных частиц рассеяться обратно в космос? Или просто артефакт модели/расчета?

Я думаю, что максимум каскада(там, где число вторичных частиц максимально) от первичных частиц, "добавленных" полем, стал упираться в поверхность, на которой происходит подсчет частиц.
Какой-то неявный резонанс.

"Вторичке" очень трудно выйти -- она образуется достаточно глубоко и направлена "вниз". Если каскад даст обратный ток, то есть какой-то вторичный-третичный каскад будет развиваться против направления импульса первичной частицы, то это случается при небольших долях энергии.

Вообще, ядерные каскады отличаются известной нерегулярностью. Здесь и 20 млн. ч-ц могло оказаться мало.

[Maxim Barkov]

Тут может быть несколько причин.
Самое смешное что первые 2 это просто ошибка в расчетах или не коректный метод.
Авторы индусы, это "креативные" ребята, насчитать могут что угодно.

Очень похоже. что делалось всего 4 рана, с дальнейшим их анализом.
При расчетах на больших высотах (низкое давление) последовательность монотонна, потом начинается петрушка.
На низких высотах магнитное поле уже не может влиять на результат, но результат плывет.

Я бы не рассматривал серьезно эти результаты, но их можно рассматривать как ориентировочные, с точностью не выше 50% .