Van Allen 방사선 벨트

밴 앨런은 지구 부근의 우주 공간에서 지구를 둘러싸고 있는 고에너지 입자 복사대를 말합니다. 주로 지자계에서 잡히는 수조 전자볼트에 달하는 전자와 수백조 전자볼트에 달하는 양성자로 이루어져 있습니다. 이 중 O+와 같은 중입자만 매우 적습니다.반 엘렌 띠는 내외부 두 겹으로 나뉘며, 내외부 사이에 반 엘렌 띠 틈이 존재하며, 틈새에는 방사능이 적습니다. 밴 엘렌은 지구를 가운데 에워싸고 있습니다. 밴 엘렌대 내의 고에너지 입자는 유인 우주비행체, 위성 등에 해를 끼치고, 그 내외부 사이의 틈은 방사능이 적은 안전지대입니다. 미국의 물리학자 제임스 밴 앨런이 1958년 발견해 그의 이름을 따서 지었습니다.


20세기 초에 노르웨이의 공간물리학자 스토머가 이론적으로 증명했습니다.
지구 주변에는 하전입자 포획지역(대부분이 나중에 발견된 복사대 안에 있음)이 존재합니다.
이 방사대는 1958년 미국의 첫 인공위성 탐사선인 1호가 발견했습니다. 프로젝트의 리더가 아이오와 대학의 제임스 밴 앨런(James Van Allen)이기 때문에 이 복사대는 결국 그의 이름을 따서 붙여졌습니다. 1958년 1월 31일 발사된 익스플로러 1호에서 밴 앨런이 사용한 우주선 검출기는 가이거 계수기(복사 검출기의 일종)와 테이프 메모리에 불과했습니다. 1958년 후속 3차례 우주임무인 익스플로러 3호, 익스플로러 4호와 파이어니어 3호에서 따라간 실험에서 두 개의 방사대가 지구를 감싸는 것을 확인했습니다. 

밴 앨런의 발견은 자기권물리라는 새로운 연구 분야를 탄생시켰고, 현재(2010년 현재) 세계 20여 개국에서 1000여 명의 과학자가 이 분야에 종사하고 있습니다. NASA는 23일 지구 상공의 방사선 대역인 밴 앨런 벨트를 연구하기 위해 탐사선 2개를 발사한다고 9일 밝혔습니다.
이 임무는 '방사대폭풍탐지기'로 2년간 지속됩니다. 두 탐사선은 타원형 궤도에 진입하여 밴 앨런 대 내의 입자가 어떻게 만들어지는지, 우주 기후 사건에서의 그들의 활동, 그리고 이 입자들을 가속시키는 메커니즘을 연구할 것입니다.

프로젝트 과학자인 배리 마우커 존스홉킨스대 교수는 지구 상공의 복사대가 우주 기후 사건으로 인한 급격한 변동은 예측 불가능한 수준이라며 '방사대 폭풍 탐사선'의 가장 근본적인 목표는 복사대가 어떻게 형성되고 진화되는지 이해하는 것이라고 말했습니다.
2012년 8월 30일(현지시각) 나사는 캐너버럴 공군기지에서 지구 상공의 방사선 대역인 밴 앨런벨트를 연구하기 위해 위성 2기를 발사했습니다. 두 위성은 우주신 V-401 로켓의 수송을 받으며 하늘로 떠올랐습니다. 1시간 18분 뒤 첫 번째 위성이 로켓에서 분리됐고, 약 13분이 지나면 두 번째 위성이 로켓에서 분리됐습니다. 이 임무는 '방사대폭풍탐지기'로 두 위성은 모두 1500파운드(약 680kg) 미만의 무게를 지녔으며, 보호성 도금 및 내구성 전자부품을 갖추고 있어 반 엘렌대의 열악한 우주 기후에서 탐사활동을 할 수 있습니다. 두 위성은 타원형 궤도에 진입할 것이며, 휴대할 과학 기구는 60이 될 것입니다. 하늘에서 속속 가동되고 있습니다. 밴에일런벨트가 태양의 분출물질에 어떻게 대응할 것인지 연구하고 최종 예측하는 데 도움을 주며 지구상의 보호를 도와줍니다. 공기후가 지구의 통신 상황에 어떻게 영향을 미치는지 이해합니다.

2012년 NASA는 이들을 자세히 연구하기 위해 탐사선 한 쌍을 발사했는데, 사상 처음으로 두 척이 동시에 방사대를 관측하고 서로 정보를 교환해 더 많은 데이터를 얻을 수 있었습니다. 밴 앨런 탐사선(원제 '방사대폭풍 탐사선')은 방사대 내 입자(이온과 전자)가 어떻게 가속되고 전이되는지, 방사대에서 전자가 어떻게 사라졌는지, 지자기폭풍이 일어났을 때 방사대가 어떻게 변했는지를 탐색하는 등 수개의 관측 목표를 가지고 있습니다. 당초 2년간 임무를 지속할 예정이었지만 2016년 8월까지만 해도 예상수명의 두 배가 넘는 시간에도 정상적으로 작동할 수 있었습니다.

관측 작업의 한 관심사는 밴 앨런벨트의 위치입니다. 우리는 이미 방사선 벨트가 태양 활동이 심해질 때 팽창한다는 것을 알고 있습니다. 탐사선이 발사되기 전 과학자들은 내부 복사대가 비교적 안정적이고 팽창할 때만 국제우주정거장과 일부 인공위성 궤도로 확산된다고 주장했습니다. 바깥 복사대는 등락을 거듭합니다. 보통 과학자들은 몇 개월을 들여 기구를 교정할 것입니다. 그러나 상대론적 전자양성자 망원경 팀은 발사 직후 거의 3일 만에 기기 가동을 요구했습니다. 또 다른 우주선인 태양광, 이상 및 자기권 입자탐지기(SAMPEX)가 궤도를 벗어나 대기권으로 재진입하기 전과 후의 결과를 비교하고 싶다는 이유에서입니다.

NASA는 2013년 2월 "행운의 결정이었다"고 밝혔습니다. 기구가 켜지자마자 태양폭풍이 복사대를 팽창시켰습니다. 예전에는 아무도 관측하지 못했던 이 광경을 입자가 새로운 특성을 갖게 되면서 공간 속으로 뻗어 들어가는 복사 띠가 추가적으로 나타났습니다. 발사 후 며칠도 지나지 않아 과학자들에게 교과서 개작 가능성을 발견했다고 우주국은 덧붙였습니다. 

탐사선이 수집한 데이터는 방사대가 고에너지 입자로부터 지구를 보호한다는 사실도 밝혀졌습니다. 글의 주요 저자인 콜로라도 대학의 댄 베이커(Dan Baker)는 그동안 고에너지 전자를 위한 고정밀 측정기기가 없었기 때문에 이번에 밴 앨런 탐사선을 통해 처음 연구할 수 있었다고 말합니다. 지금 우리가 복사벨트의 중요한 한 가지 용도는 초고속 전자를 막는 것이라고 할 수 있습니다. 

새로운 발견은 과학자들이 복사대의 모형을 개선하는데 도움을 줄 수 있습니다.하지만 탐사선은 계속 새로운 발견을 하고 있습니다. 지난 2016년 1월 과학자들은 복사대가 나타내는 모양이 우리가 어떤 전자를 관측하느냐에 따라 결정된다는 사실을 발견했습니다. 이는 두 개의 방사대가 이전 예측보다 훨씬 복잡하다는 것을 의미합니다. 관측 전자의 종류에 따라 복사대는 단일 복사대, 두 개의 독립된 복사대 또는 외부 복사대(내부 복사대는 전혀 없다)로 나타낼 수 있습니다. 

반 엘렌 밴드

미국 과학자들이 지구 주변을 에워싸고 있는 신비한 '밴 앨런 벨트'(Van Allen radiation belts)를 탐사하는 저비용의 소형 위성을 개발하고 있습니다. '탱탱 상대성이론 전자 및 양성자 망원경'(CREPT)으로 불리는 이 위성의 무게는 3.3파운드(약 1.5㎏)입니다.
NASA의 '저비용 우주 프로젝트'의 일부인 이 고형 소형 망원경은 '밴 앨런'의 고에너지 전자와 양성자(이 띠가 거대한 도넛처럼 지구 주위를 감싸고 있다)를 측정하는 데 활용됩니다.
3년 뒤면 이 작은 위성이 보라매 9호 로켓(Force Falcon 9 rocket)을 타고 극지방 저궤도에 진입하게 되는데 이는 현재 적도 고궤도를 돌고 있는 반 엘렌 탐사대 측량위성(RBSP)에 중요한 보완책입니다.