Strahlengürtel

Van-Allen-Strahlungsgürtel

Der Van-Allen-Strahlungsgürtel (benannt nach James van Allen) ist ein Torus energiereicher geladener Teilchen, die durch das magnetische Feld der Erde eingefangen werden. Diese Teilchen stammen überwiegend vom Sonnenwind und der kosmischen Strahlung. Der Gürtel besteht im Wesentlichen aus zwei Strahlungszonen: Die innere von ihnen erstreckt sich in niedrigen geografischen Breiten in einem Bereich von etwa 700 bis 6.000 km über der Erdoberfläche und besteht hauptsächlich aus hochenergetischen Protonen. Die zweite befindet sich in etwa 15.000 bis 25.000 Kilometer Höhe und enthält vorwiegend Elektronen. Seine Entdeckung ist auf den 31. Januar 1958 datiert.

Die geladenen kosmischen Teilchen werden im Van-Allen-Gürtel durch das Magnetfeld der Erde in Folge der Lorentzkraft abgelenkt, in einer sogenannten magnetischen Flasche eingeschlossen und schwingen so zwischen den Polen der Erde mit einer Schwingungsdauer von ca. einer Sekunde hin und her.

Strahlenbelastung

Energiedosis hinter einer Aluminium-Abschirmung variabler Dicke in ca. 38.000 km Höhe.

Die Äquivalentdosis der Strahlung beider Hauptzonen beträgt hinter 3 mm dickem Aluminium unter extremen Umständen bis zu 200 mSv/h (Millisievert pro Stunde) im Kernbereich des inneren Gürtels und bis zu 50 mSv/h im Kernbereich des äußeren Gürtels. Als Normwerte gelten im gesamten Van-Allen-Gürtel 0,7-1,5 mSv pro Tag (effektive Dosis), diese Diskrepanz lässt sich zum einen durch die verschiedenen Messmethoden erklären, zum anderen aber auch durch die Abhängigkeit der Strahlung von den starken Schwankungen der Sonnenaktivität. Dadurch können mitunter 1000-mal höhere Werte gemessen werden. Auf der Erde ist die Strahlung des inneren Van-Allen-Gürtels im Bereich der Südatlantischen Anomalie deutlich zu beobachten.

Zum Vergleich: In Europa beträgt die mittlere Strahlungsdosis auf Meereshöhe etwa 2 mSv/a ≈ 0,2 µSv/h (siehe auch Artikel zu Strahlenbelastung).

Nachweis

Teilchendichte des Van-Allen-Gürtels (s. Text).

Wenn der Gürtel überladen wird, streifen die Partikel die obere Atmosphäre und regen diese zum fluoreszieren an, wodurch das Polarlicht entsteht. Das Vorhandensein eines Strahlungsgürtels wurde schon vor dem Weltraumzeitalter vermutet. Bestätigt wurde die Theorie am 31. Januar 1958 durch die Mission von Explorer 1 und durch die Folgemissionen Explorer III, die von James van Allen geleitet wurden. Weitere Explorer-Missionen konnten die Teilchen kartieren.

Der Begriff Van-Allen-Gürtel bezieht sich speziell auf den Strahlungsgürtel um die Erde, obwohl auch andere Planeten von ähnlichen Gürteln umgeben sind.

Die Grafik veranschaulicht die Verteilung der Teilchendichte um die Erde. Hochenergetische Protonen (oberes Bild), konzentrieren sich im inneren Strahlungsgürtel oberhalb von 3000 und 6000 km der Erdoberfläche. Energiereiche Elektronen (unten) verstärken den inneren und bilden den äußeren Strahlungsgürtel um 25000 km Höhe. Die Teilchendichte der Elektronen mit einer Energie von mehr als 0,5 MeV und Protonen mit mehr als 10 MeV liegt in der Größenordnung von 10⁶ Teilchen/(cm²·s).

Bedeutung für die Mondlandungen

Von Personengruppen, die hinter den Mondlandungen der Apollo-Missionen eine Verschwörung der NASA vermuten, wird oft angeführt, dass die Durchquerung des Van-Allen-Gürtels ohne das Vorhandensein einer 2 Meter dicken Bleiummantelung nicht möglich sei, ohne dass die Passagiere bleibende Schäden davontrügen bzw. sterben würden.

Diese Behauptung wird durch Rechnung widerlegt:

Die Rakete der Apollo-Missionen flog während der Durchquerung des Van-Allen-Gürtels mit knapp 40.000 km/h. Der Van-Allen-Gürtel hat einen Durchmesser von ca. 45.000 km. Die Astronauten waren also lediglich rund eine Stunde lang der erhöhten Strahlung des Van-Allen-Gürtels ausgesetzt. Laut Strahlenschutzverordnung aus dem Jahr 2001 gilt für Deutschland nach § 56 eine Berufslebensdosis (Äquivalentdosis) von 400 mSv, welche nach ärztlicher Absprache und Einwilligung noch überschritten werden kann. Also würde selbst bei maximalen Werten diese Grenze um die Hälfte unterschritten und lediglich ein auf Grund der zeitlichen Konzentration der Strahlung auf den Körper erhöhtes Krebsrisiko die Folge für die Astronauten sein. Ein sofortiger Tod tritt frühestens bei 80.000 mSv in sehr kurzem Zeitraum auf.

Darüber hinaus ergaben offizielle Messungen an den Astronauten der Apollo 11 eine effektive Strahlenbelastung von 6,1 mSv (effektive Dosis) während der gesamten 195 Stunden, die sie auf dem Flug verbracht hatten.

Hinsichtlich der Strahlenwerte muss man anmerken, dass es verschiedene Messmethoden gibt, deren Ergebniswerte sich mitunter stark unterscheiden und auf deren Angabe bei Berichten über die Strahlung im Van-Allen-Gürtel und auf den Apollo-Missionen nicht immer korrekt eingegangen oder zum Teil sogar ganz verzichtet wird. Gemeint sind die Begriffe Organdosis, Äquivalentdosis und effektive Dosis.

Weblinks

• Grafik zum Van-Allen-Gürtel
• The Van Allen Belt