De ontdekking van de stralingsgordels Door M. Kruglanski Het

De ontdekking van de stralingsgordels
Door M. Kruglanski
Het bestaan van de stralingsgordels werd al verondersteld in het begin van de
20ste eeuw, lang vooraleer ze ontdekt werden door satellietmetingen. Het
gegeven werd voor het eerst vermeld door de Noor Birkeland die geïnteresseerd
was in de oorsprong van de aurora's. In 1896, toonde hij aan dat de elektronen
van een kathodestraal werden aangetrokken door de polen van een
gemagnetiseerde sfeer. Om deze waarneming te begrijpen, zocht een andere
Noor Stoermer naar wiskundige oplossingen voor de bewegingen van
energetische geladen deeltjes in de nabijheid van een magneetstaaf, d.i. een
magnetische dipool. Het werk van Stoermer liet niet toe om het verschijnsel van de
aurora's te verklaren, maar het was wel erg nuttig voor de studie van de
stralingsgordels en van de kosmische straling. Stoermer toonde inderdaad aan,
dat voor bepaalde beginvoorwaarden, de geladen deeltjes opgesloten blijven in het
magneetveld van een magneetstaaf. Daar het magneetveld van de Aarde
vergelijkbaar is met het veld van een magneetstaaf, kan ook dit magneetveld
energierijke deeltjes gevangen houden.
Stoermer was niet de enige die onderzoek deed op de beweging van geladen
deeltjes in een magneetveld. In 1896, beschreef Poincaré de terugkaatsing van
geladen deeltjes wanneer ze in het omkeerpunt, een zekere veldsterkte bereiken.
In 1929, beschreef Gunn de langzame beweging rond de Aarde van de opgesloten
deeltjes. In de 50-er jaren resulteerde de belangstelling voor de gecontroleerde
kernfusie, in talrijke studies over de beweging van geladen deeltjes in een
magneetveld. Alfven introduceerde bijvoorbeeld de beweging van het richtcentrum
en de definitie van de eerste invariant.
In 1957, juist voor de ontdekking van de stralingsgordels, suggereerde Singer het
bestaan van een elektrische kringstroom rond de Aarde tengevolge van de
beweging van deeltjes met een lage energie, gevangen in het magneetveld van de
Aarde. Het concept van een kringstroom werd reeds voorgesteld door Stoermer
om uit te leggen waarom zijn theorie over de aurora's niet klopte, door Schmidt om
de belangrijkste faze in magnetische stormen uit te leggen en door Chapman in
zijn beschrijving van de interactie tussen de zonnewind en het magneetveld van de
Aarde.
In januari 1958, lanceerden de Amerikanen met succes hun eerste satelliet:
Explorer 1. In tegenstelling tot de Russische satellieten Spoutnik 1 en 2 die reeds
in een baan rond de Aarde draaiden, werd de Explorer 1 in een zeer elliptische
baan geplaatst, culminerend op een hoogte van 2.500 km. De satelliet werd
ontworpen door een groep van de Universiteit van Iowa onder de leiding van Van
Allen en bevatte onder andere, een Geiger-teller om de intensiteit van de
kosmische straling in functie van de hoogte te meten.
De groep van Van Allen ontdekte de stralingsgordels
door de vaststelling dat het signaal van de teller eerst
langzaam toenam, om daarna plots op nul te vallen.
De satelliet ging zelfs door een gebied waar de straling
zo intens was, dat de meetcapaciteit van de
Geiger-teller overschreden werd en dat hij volledig
verzadigd raakte. De stralingsgordels waren ontdekt.
Metingen van de Spoutnik 3-satelliet bevestigden kort
daarna de ontdekking.
In augustus en september 1958, bracht de US Air
Force in het zuiden van de Atlantische Oceaan, drie
atoombommen tot ontploffing op zeer grote hoogte. De proefneming was het
gevolg van een voorstel van de Griek Christofilos om kunstmatige stralingsgordels
te creëren. Deze nucleaire explosies brachten aanzienlijke hoeveelheden zeer
energierijke elektronen in de magnetosfeer. Sommige van deze elektronen
veroorzaakten kunstmatige aurora's die zelfs zichtbaar waren tot in de buurt van
de Azoren-eilanden. Andere ontploffingen creëerden een effectieve kunstmatige
stralingsgordel die gedurende verscheidene weken bestudeerd werd door de
Explorer 4-satelliet.
In juli 1962, injecteerde een proefneming met een H-bom boven Hawaï ook
energetische elektronen in de stralingsgordels, maar in een meer stabiele zone,
waar sommige elektronen gedurende verschillende jaren gevangen bleven.
Na de ontdekking van de Van Allen-gordels, kregen vele satellieten instrumenten
aan boord, waarmee de structuur en de dynamiek van de stralingsgordels
bestudeerd konden worden. Tezelfdertijd werden theoretische studies aangevat
om de waargenomen verschijnselen te kunnen begrijpen en te modelliseren.
In 1991, toonden de gegevens verzameld door de Amerikaanse satelliet CRRES
aan dat de Van Allen-gordels een veel dynamischer structuur hadden dan eerst
verondersteld werd. In minder dan één uur, konden tijdens een magnetische storm
nieuwe stralingsgordels gevormd worden die dan gedurende vele maanden bleven
bestaan.
De waarnemingen van de CRRES-satelliet wakkerden weer de belangstelling aan
van de wetenschappelijke gemeenschap voor de studie van de stralingsgordels.
Deze studie wordt nu geïntegreerd in een nieuw domein: de ruimtemeteorologie.