Теперь Кью работает в режиме чтения

Мы сохранили весь контент, но добавить что-то новое уже нельзя

Насколько глубоко проникла бы солнечная радиация, если у Земли не было бы магнитного поля?

ФизикаЯдерная физика
Анонимный вопрос
  · 6,8 K
Википедист (автор, редактор) с 2008. Интересы широкие - мироустройство - физика, история...  · 16 авг 2021

Плотная атмосфера Земли является более надёжной защитой от ионизирующего (а также и губительного ультрафиолетового) излучения, чем магнитосфера.

1. Кратко.

Если Земля лишится магнитосферы, то КОРПУСКУЛЯРНАЯ составляющая солнечной радиации до тропосферы (8-18 км от поверхности Земли, там где летают пассажирские самолёты) не дойдёт - поглотится в стратосфере. Точнее ионосфера, которая так и называется именно по причине поглощения корпускулярного, т.е. состоящего из заряженных [и нейтральных] частиц: альфа- (ядра гелия), бета- (электроны, [позитроны]), протоны [и нейтроны], станет ниже. Сейчас стратосфера заканчивается на высоте ~45-50 км.

[в квадратных скобках курсивом написано то, что имеет отношение к терминологии, но не имеет отношения к солнечной радиации (излучению)]

Screenshot_174.jpg

Граница снизится километров, может быть, до 30, сейчас посчитать не готов, но на поверхности Земли, по крайней мере в тактической перспективе (сотни тысяч лет), ничего не изменится.

Очевидно, станут чаще, ярче, и появятся в низких широтах, полярные сияния.

В стратегической перспективе, без защиты магнитосферы, солнечный ветер (корпускулярная составляющая солнечного излучения или, если угодно, радиации) может усилить диссипацию атмосферы - рассеивание атмосферы в космическое пространство вследствие передачи дополнительной энергии от частиц солнечного ветра молекулам атмосферы.

А вот для ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ составляющей солнечной радиации (солнечного излучения) ничего не изменится - магнитное поле Земли для ЭМ-излучения - не преграда - оно может отклонять или задерживать только заряженные частицы.

2. Подробнее.

Про радиацию вообще, солнечную радиацию в частности, и радиационные (излучающие) поражающие факторы ядерных реакция (ядерного/термоядерного взрыва).

  • Радиация - от лат. radiātio - сияние, блеск, излучение, от radiāre - испускать лучи, сиять, сверкать (кстати, это от radius - палочка, спица, луч, радиус, но это уже к заданному вопросу не относится.
  • Т.е "радиация" - это излучение; в общем случае - всякое - включая обычное видимое.
  • То, что в русском языке в бытовой речи называют радиацией - это ионизирующее излучение - а) корпускулярное (частицы): альфа-, бета-, короткоживущее нейтронное, высокоэнергетичные протоны и другие частицы (ядра других элементов), б) электромагнитное, с очень малой длинной волны - рентгеновское и гамма-излучение. Т.е. то излучение, которое может ионизировать (придавать заряд, менять структуру) других частиц - атомов, молекул.
  • Термин "солнечная радиация" является калькой из английского языка (Solar radiation) и подразумевает "солнечное излучение" - во всём диапазоне - от радиоволн до гамма-излучения (и то, и другое мизерно), включая инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое, а также корпускулярное излучение.
  • Солнечный ветер - это как раз и есть корпускулярная (состоящая из частиц) составляющая солнечной радиации. В основном протоны и электроны. Что касается нейтронного излучения, которое является одним из основных поражающих факторов ядерного взрыва (а также радиацией в ядерных реакторах), то солнечном излучении их нет - нейтроны в свободном состоянии короткоживущие (~15 минут), даже до границ фотосферы Солнца не доберутся - в отличие от точечного и быстрого взрыва ядерной или нейтронной бомбы.
  • Электроны и протоны (а также альфа-частицы) имеют электрический заряд, поэтому подвержены воздействию магнитного поля Земли - тормозятся и отклоняются им. В отличие от электромагнитного излучения.
  • Из-за воздействия (довольно мощной) магнитосферы Земли, вокруг планеты имеют место радиационные пояса - Пояса Ван Алена - области концентрации захваченных магнитным полем высокоэнергетических частиц, протонов и электронов - именно эти радиационные пояса создавали наибольшую опасность для астронавтов, летевших на Луну.
  • Один пояс (в основном протоны) расположен на расстоянии 4000 км от поверхности Земли, другой (в основном электроны, которые обладают меньшей энергией) на расстоянии 17'000 км. Для сравнения высота орбиты МКС - 400 с небольшим километров, выше обитаемые спутники не запускают (кроме программы полётов на Луну). Хотя и на этой высоте, внутри корпуса МКС, радиационный фон превышает нормальный (на поверхности Земли) в ~350 раз.
  • Отклонение "солнечного ветра" происходит на расстоянии ~10 радиусов Земли.
Screenshot_170.jpg
  • Если бы у Земли пропала магнитосфера, то частицы солнечного ветра в плотных слоях атмосферы (в тропосфере) не преодолели бы и десятков-сотен метров:
Screenshot_173.jpg

(энергия электронов солнечного ветра десятки-сотни кэВ (0,01-0,1 МэВ), энергия протонов десятки МэВ, но они более тяжёлые, тормозиться будут ещё быстрее).

  • Что касается защиты атмосферой (имеющей толщину 100 км вообще и 10 км относительного плотного слоя тропосферы) от (корпускулярного) ионизирующего излучения, то для сравнения - если радиационный фон на Земле принять за 1, то на высоте 9 км (высота полёта пассажирских самолётов) он будет уже в более, чем 10 раз выше, а на высоте орбиты МКС (~400 км), где атмосферы нет вообще, но магнитное поле достаточно сильное - радиация превышает земной фон в ~300 раз (внутри станции, т.е. под защитой).
  • Т.е. атмосфера Земли на два порядка эффективнее радиационной защиты космического корабля (МКС). Без влияния магнитосферы.

Что же касается ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ составляющей солнечной радиации (излучения), то оно состоит из:

  • излучение радиодиапазона (редко, во время вспышек, и это излучение не имеет заметного пагубного воздействия на живые существа).
  • инфракрасного излучения (тепло). ~44% интенсивности.
  • видимое излучение (с пиком после прохождения атмосферы в области жёлтого спектра). ~48% интенсивности.
  • ультрафиолетовое излучение (к счастью, в основном, особенно деструктивное для живых клеток, коротковолновое (жёсткое УФ), поглощается верхними слоями атмосферы и озоновым слоем).
  • рентгеновское излучение (мало)
  • гамма-излучение (практически отсутствует, т.к. гамма-излучение от термоядерных реакций, проходящих внутри Солнца поглощается, не достигнув поверхности Солнца).
Screenshot_171.jpg
Как насчет приведенных Susanna Kazaryan аргументов о сдувании атмосферы?
Сусанна Казарян, США, Физик  · 30 авг 2021
Ответ очень короткий. Если бы не было геомагнитного поля, то Земля быстро лишилась бы атмосферы и воды практически полностью. Это легко считается. Средняя скорость частиц Солнечного ветра (протоны, ядра гелия) равна 400 км/сек. При столкновении с молекулами атмосферы (N₂, O₂ ...) Солнечный ветер передаст им момент количества движения достаточный, чтобы покинуть Землю... Читать далее
1 эксперт согласен
Но Венера, которая ближе к Солнцу и которая не обладает магнитным полем, имеет атмосферу гораздо более плотную... Читать дальше
Знание - сила. Невежество - всесильный царь Вселенной.  · 16 авг 2021

До самой поверхности. Жизнь если бы и была возможна, то только в воде. Атмосфера бы от радиации не спасла бы, т.к. у нее был бы другой химический состав.

Знание, говорите, сила?! А незнание всесильный царь?! С первым утверждение согласен. Давайте порассуждаем по теме... Читать дальше