Le fasce di Van Allen

Durante il viaggio delle particelle (protoni ed elettroni) nel campo magnetico terrestre, la traiettoria dipende dall'unione di due moti: la rotazione attorno alle linee del campo ed un contemporaneo spostamento lungo queste linee. Il risultato, come visto in precedenza (e come si deduce dalla figura in alto) è un moto a spirale.
Con linee di forza tipiche, attaccate alla Terra ad entrambi gli estremi, succede che le particelle, che provengono dal Sole, sono trasportate verso l'atmosfera (cioè in basso, verso la Terra) dove subiscono forti collisioni con le particelle che compongono l'atmosfera, perdono quindi energia e si fermano.
Questo non succede nel caso del campo magnetico terrestre: infatti lo spostamento delle particelle lungo le linee di forza rallenta man mano che il campo diventa più forte (in vicinanza della Terra). Queste restano allora intrappolate per lungo tempo nelle zone dove il campo è minore (più lontano dalla Terra). Le zone in cui le particelle restano intrappolate prendono il nome di fasce di radiazione.
 
La scoperta delle fasce di radiazione. Prima del 1958 gli scienziati sapevano che ioni ed elettroni potevano esser intrappolati dal campo magnetico terrestre, ma non che questo "intrappolamento" esistesse sempre. Al massimo pensavano che potesse verificarsi in occasione di forti tempeste magnetiche, per poi cessare di esistere dopo la fine delle tempeste stesse. Durante l'Anno Geofisico Internazionale (che durò in realtà due anni, 1957 e 1958) fu lanciato un satellite, l'Explorer 1, molto rudimentale, con a bordo un contatore geiger, costruito da Van Allen. L'apparecchio doveva servire a fare misure sui raggi cosmici ed ottenne buoni risultati ad altezze inferiori, mentre ad altezze maggiori non misurò alcuna particella.
Un successivo satellite verificò che l'assenza di conteggi (sinonimo di assenza di particelle) significava la presenza di una quantità di particelle talmente grande che lo strumento non era in grado di registrarle, segnalando "nessun conteggio": questa è la zona delle fasce di radiazione o fasce di Van Allen. Quest'ultimo satellite verificò anche che le fasce sono sempre presenti.
 

La Terra possiede due fasce di radiazione: una fascia interna, relativamente compatta, situata ad un'altezza di circa 3000 km e composta da protoni di alta energia (10-100 MeV), prodotti dagli urti tra i raggi cosmici e gli atomi dell'atmosfera.

Da notare che particelle di tale energia perforano facilmente le pareti di satelliti e stazioni spaziali: le fasce di Van Allen sono zone che le imprese spaziali, con o senza uomini a bordo, devono evitare accuratamente.
 
Energia. L'energia degli ioni (protoni) e degli elettroni individuali, che spesso si muovono ad una frazione non trascurabile della velocità della luce, è tanto maggiore quanto maggiore è la loro velocità. Energie come questa sono misurate in elettronvolt (eV): gli elettroni nelle aurore boreali hanno un'energia di 1000 - 15000 eV (o 1- 15 KeV); i protoni della fascia interna di circa 50 milioni di eV (50 MeV). Per confronto, l'energia delle molecole di aria nell'atmosfera è soltanto di 0.03 eV.
 
Esiste poi una fascia esterna, una vasta regione costituita da protoni ed elettroni di energia molto inferiore. A differenza di quanto accade nella fascia interna, la popolazione fluttua notevolmente (il numero delle particelle non è costante nel tempo) in funzione dell'attività solare e della stagione. Quando le tempeste magnetiche trasferiscono dalla magnetosfera alla fascia forti flussi di particelle, il loro numero cresce per poi diminuire all'estinguersi della tempesta.