Quelltext der Seite Van-Allen-Gürtel


{{Dieser Artikel|behandelt den Strahlungsgürtel der Erde; zu dem Buch von Wolfgang Herrndorf siehe [[Diesseits des Van-Allen-Gürtels]].}}
[[Datei:Van Allen.jpg|mini|hochkant=1.3|Van-Allen-Strahlungsgürtel]]
[[Datei:Magnetosphere rendition.jpg|mini|Die [[Magnetosphäre]] schirmt die Erdoberfläche gegen die geladenen Partikel des Sonnenwindes ab.]]

Der '''Van-Allen-Strahlungsgürtel''' (benannt nach [[James Van Allen]]) ist der [[Strahlungsgürtel]] der [[Erde]]. Er ist ein Ring ([[Torus]]) energiereicher [[Elektrische Ladung|geladener]] [[Elementarteilchen]] im [[Weltraum]], die im [[Erdmagnetfeld]] eingeschlossen sind.<ref name=":0">{{Internetquelle |url=https://www.raonline.ch/pages/edu/space/space_radiation01.html#a1 |titel=RAOnline EDU: Weltraum - Astronomie - kosmischen Strahlung - Sonnenwind, Van-Allen-Gürtel, Aurora Borealis, Aurora Australis |abruf=2026-04-29}}</ref>

Die [[Magnetosphäre]] wirkt als Schutzschild für die Erde; sie verhindert, dass ein Großteil der lebensfeindlichen [[Strahlung#Teilchenstrahlung|Teilchenstrahlung]] der Sonne das Leben auf der Erde erreicht. Jedoch ist der Durchflug durch den Gürtel dementsprechend gefährlich für Mensch und Technik.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.eskp.de/grundlagen/naturgefahren/erdmagnetfeld-935649/ |titel=Das Erdmagnetfeld |sprache=de |abruf=2026-04-29}}</ref>

Auch andere [[Planet]]en sind von Strahlungsgürteln umgeben, so hat der [[Jupiter (Planet)|Jupiter]], dessen Magnetfeld sehr viel stärker ist als das der Erde, einen wesentlich gefährlicheren Strahlungsgürtel als die Erde.<ref>{{Internetquelle |autor=Thorsten Krome |url=https://www.spektrum.de/news/jupiters-todesguertel/572413 |titel=Jupiters Todesgürtel |werk=spektrum.de |datum=2001-04-04 |sprache=de |abruf=2026-01-21}}</ref>

Der Gürtel besteht im Wesentlichen aus zwei Strahlungszonen. Die innere erstreckt sich in niedrigen [[Geografische Breite|geografischen Breiten]], d.&nbsp;h. in der Nähe des [[Äquator]]s, in einem Bereich von etwa 700 bis 6.000&nbsp;Kilometer über der Erdoberfläche und besteht hauptsächlich aus hochenergetischen [[Proton]]en. Die äußere befindet sich in etwa 16.000 bis 58.000&nbsp;Kilometer Höhe und enthält vorwiegend [[Elektron]]en.<ref>{{Internetquelle |autor=Welt der Physik |url=https://www.weltderphysik.de/gebiet/erde/nachrichten/2013/satelliten-entdecken-dritten-strahlungsguertel-um-die-erde/ |titel=Satelliten entdecken dritten Strahlungsgürtel um die Erde |datum=2013-02-28 |sprache=de |abruf=2026-04-29}}</ref>

Früher wurde angenommen, dass die Teilchen des Van-Allen-Gürtels überwiegend aus dem [[Sonnenwind]] und der [[Kosmische Strahlung|kosmischen Strahlung]] stammen. Ergebnisse der [[Raumsonde|Sonden]] [[Van Allen Probes|„Van Allen&nbsp;A“ und „Van Allen&nbsp;B“]] zeigten jedoch, dass Elektronen im Gürtel selbst freiwerden und ''im'' Gürtel zu [[Relativitätstheorie|relativistischen]] Geschwindigkeiten beschleunigt werden.<ref>{{Internetquelle |url=http://www.sciencemag.org/content/early/2013/07/24/science.1237743 |titel=Science – Electron Acceleration in the Heart of the Van Allen Radiation Belts by G.D. Reeves et al. |hrsg=Science |datum=2013-07-25 |zugriff=2013-07-26}}</ref><ref>[http://www.spiegel.de/wissenschaft/weltall/van-allen-guertel-lokale-teilchen-sind-quelle-fuer-strahlung-um-erde-a-913253.html Van-Allen-Gürtel: Forscher lösen Geheimnis der irdischen Strahlungsringe] spiegel.de, abgerufen am 27. Juli 2013.</ref>

Die geladenen kosmischen Teilchen werden im Van-Allen-Gürtel durch das Magnetfeld der Erde infolge der [[Lorentzkraft]] abgelenkt, in einer [[Magnetische Flasche|magnetischen Flasche]] eingeschlossen und schwingen so zwischen den [[Pol (Geomagnetismus)|Polen der Erde]] mit einer [[Schwingungsdauer]] von etwa einer Sekunde hin und her.<ref name=":0" />

Wenn der Gürtel überladen wird, streifen die Partikel die obere [[Erdatmosphäre]] und regen diese zur [[Fluoreszenz]] an, wodurch das [[Polarlicht]] entsteht.<ref name=":0" />

== Nachweis ==
[[Datei:Stamps of Germany (DDR) 1964, MiNr 1083.jpg|mini|[[Briefmarken-Jahrgang 1964 der Deutschen Post der DDR|DDR-Sondermarke]] „Erforschung der Strahlungsgürtel“ aus dem Jahr 1964]]

Das Vorhandensein eines Strahlungsgürtels wurde schon vor dem [[Raumfahrt]]zeitalter vermutet. Bestätigt wurde die Theorie am 31. Januar 1958 durch die Mission von [[Explorer 1]] und durch die Folgemission [[Explorer 3]], die von [[James Van Allen]] geleitet wurden. Weitere Explorer-Missionen wie auch beispielsweise die Sonden der [[Elektron (Satellit)|Elektron]]-Serie konnten die Teilchenstrahlen-Verteilung vermessen.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.nasa.gov/history/a-short-history-of-earths-radiation-belts/ |titel=A Short History of Earth's Radiation Belts - NASA |datum=2015-05-18 |sprache=en-US |abruf=2026-04-29}}</ref>

[[Datei:Vanallenpart.png|mini|Strahlungsgürtel<br />(oben: Protonen, unten: Elektronen)]]

Die Grafik veranschaulicht die Verteilung der [[Teilchendichte]] um die Erde. Hochenergetische Protonen (oberes Bild) konzentrieren sich im inneren Strahlungsgürtel oberhalb von&nbsp;3.000 und 6.000&nbsp;km über der Erdoberfläche. Energiereiche Elektronen (unten) verstärken den inneren und bilden den äußeren Strahlungsgürtel um 25.000&nbsp;km Höhe. Die Teilchendichte der Protonen mit einer Energie von mehr als 10&nbsp;[[Elektronenvolt #Verwendung|MeV]] und der Elektronen mit mehr als 0,5&nbsp;MeV liegt in der Größenordnung von 10<sup>6</sup>&nbsp;Teilchen/(cm²·s). Die Ionisations-Strahlenbelastung durch Elektronen auf [[Elektrisches Bauelement|elektronische Bauteile]] liegt bei 0,1 bis 1&nbsp;krad/h (1 bis 10&nbsp;Gy/h), durch Protonen (hinter 1&nbsp;cm Aluminium-Abschirmung) zwei Größenordnungen niedriger.

Im Rahmen des [[Pamela-Experiment]]es wurde 2011 nachgewiesen, dass im inneren Strahlungsgürtel der [[Magnetosphäre]] eine Anhäufung von [[Antimaterie]] existiert.<ref>Oscar Adriani, (et al.): ''The Discovery of Geomagnetically Trapped Cosmic-Ray Antiprotons.'' In: ''The Astrophysical Journal Letters.'' Band 737, Nr. 2, 2011, [[doi:10.1088/2041-8205/737/2/L29]], S. 1–5 ([http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/1107/1107.4882v1.pdf Preprint-Artikel bei arXiv.org; 126 kB]).</ref> Die detektierten Antiprotonen entstehen vermutlich bei der Kollision hochenergetischer [[Kosmische Strahlung|kosmischer Strahlung]] mit der Erdatmosphäre.<ref>[http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/0,1518,778777,00.html Nachweis im Teilchenstrom: Antimaterie im Orbit] – Artikel bei ''[[Spiegel Online]]'', vom 6.&nbsp;August 2011.</ref><ref>[http://www.wissenschaft-online.de/artikel/1118374 Teilchenphysik: Antiprotonenring umhüllt die Erde] – Artikel bei ''[[Spektrum der Wissenschaft]]'', vom 8.&nbsp;August 2011.</ref>

Im September 2012 konnten die [[Van Allen Probes|Van-Allen-Sonde]]n neben den zwei bekannten Strahlungsgürteln der Erde noch einen dritten, deutlich durch eine Lücke vom äußeren Van-Allen-Gürtel getrennten, nachweisen. Nachdem der temporäre Strahlungsgürtel etwa einen Monat lang mit konstanter Intensität messbar war, wurde er durch eine starke [[Sonneneruption]] aufgelöst. Forscher der [[NASA]] vermuten, dass solche temporären Strahlungsgürtel häufiger vorkommen.<ref>[http://www.wissenschaft-aktuell.de/artikel/Dritter_Strahlungsguertel_um_die_Erde_entdeckt1771015588986.html Dritter Strahlungsgürtel um die Erde entdeckt], Wissenschaft aktuell vom 1. März 2013.</ref><ref>[http://www.astronews.com/news/artikel/2013/03/1303-004.shtml Dritter Strahlungsgürtel der Erde entdeckt.] – Artikel bei astronews.de, vom 4. März 2013.</ref><ref>{{Internetquelle |url=http://www.spiegel.de/wissenschaft/weltall/van-allen-guertel-nasa-sonde-findet-strahlungsguertel-um-die-erde-a-886215.html |titel=Van-Allen-Probes-Mission: Nasa-Sonden finden Strahlungsgürtel der Erde |hrsg=[[Spiegel Online]] |datum=2013-03-01 |zugriff=2013-03-10}}</ref>

== Strahlenbelastung ==
{{Siehe auch|Strahlenbelastung}}
[[Datei:Alshield.png|mini|hochkant=1.3|[[Energiedosis]] in ca. 38.000&nbsp;km Höhe,<br />hinter einer Aluminium-Abschirmung variabler Dicke<br />Blau: Elektronen, Rot: [[Bremsstrahlung]]<br />(doppelt-[[logarithmische Darstellung]])]]

Die [[Äquivalentdosis]] der Strahlung beider Hauptzonen beträgt hinter 3&nbsp;mm dickem Aluminium unter extremen Umständen bis zu 200&nbsp;mSv/h ([[Sievert (Einheit)|Millisievert]] pro Stunde) im Kernbereich des inneren Gürtels und bis zu 50&nbsp;mSv/h im Kernbereich des äußeren Gürtels.
Als Normwerte gelten im gesamten Van-Allen-Gürtel 0,7–1,5&nbsp;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 [[Südatlantische Anomalie|Südatlantischen Anomalie]] deutlich zu beobachten.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.sciencedirect.com/topics/physics-and-astronomy/inner-radiation-belt |titel=Inner Radiation Belt - an overview {{!}} ScienceDirect Topics |abruf=2026-04-29}}</ref>

Zum Vergleich: In Europa beträgt die mittlere Strahlungsdosis auf Meereshöhe etwa 2&nbsp;mSv/a ≈ 5,5&nbsp;µSv/d.<ref>{{Internetquelle |url=https://umweltportal.baden-wuerttemberg.de/umweltdaten-bericht-2024/strahlenbelastung |titel=Strahlenbelastung |sprache=de-DE |abruf=2026-04-29}}</ref>

== Bedeutung für die Raumfahrt ==
=== Bemannte Raumfahrt ===
Die Intensität der Strahlung innerhalb des Van-Allen-Gürtels kann räumlich und zeitlich begrenzt [[Sievert (Einheit)|gesundheitsgefährdende Werte]] erreichen. Daher darf der Aspekt des Strahlenschutzes bei bemannten Raumfahrtmissionen im Erdorbit nicht vernachlässigt werden. Wie groß die Belastung für den menschlichen Organismus ist, hängt von der [[Sonnenaktivität]], der Beschaffenheit der Raumfahrzeughülle, der [[Trajektorie (Physik)|Trajektorie]] und der [[Bahngeschwindigkeit (Astronomie)|Bahngeschwindigkeit]] beziehungsweise der Missionsdauer ab.<ref name=":1">{{Internetquelle |url=https://science.nasa.gov/biological-physical/stories/van-allen-belts/ |titel=What are the Van Allen Belts and why do they matter? - NASA Science |datum=2023-02-10 |sprache=en-US |abruf=2026-04-29}}</ref>

Die russische Raumstation [[Mir (Raumstation)|MIR]], das [[Skylab]] und die [[Internationale Raumstation|Internationale Raumstation ISS]] umkreisten die Erde in rund 400 km Höhe (siehe dazu auch [[Satellitenorbit#Low Earth Orbit (LEO)|Erdumlaufbahnen]]). Das [[Roskosmos|russische Raumfahrtprogramm]] und das [[Mercury-Programm|Mercury-Raumfahrtprogramm]] der USA hatten eine niedrigere Umlaufbahn.<ref>{{Internetquelle |autor=deutschlandfunk.de |url=https://www.deutschlandfunk.de/start-der-sowjetischen-raumstation-vor-30-jahren-von-der-100.html |titel=Start der sowjetischen Raumstation vor 30 Jahren - Von der MIR zur ISS |datum=2016-02-18 |sprache=de |abruf=2026-04-29}}</ref><ref>{{Internetquelle |url=https://www.raumfahrer.net/mercury-programm/ |titel=Mercury-Programm - Raumfahrer.net |datum=2002-02-03 |sprache=de |abruf=2026-04-29}}</ref>

[[Gemini 11]] hatte eine Maximalhöhe von 1374&nbsp;km, hier waren vor dem Start Bedenken wegen der Strahlenbelastung geäußert worden, jedoch war die Strahlenbelastung mit ca. 0,3 mGy ([[Gray (Einheit)|Milligray]]) wesentlich geringer  als die Belastung der [[Gemini 10]] Astronauten (Apogäum 763&nbsp;km), die in die Magnetanomalie über dem [[Südatlantik]] führte. Sie waren etwa 6 mGy ausgesetzt.<ref>''https://ntrs.nasa.gov/api/citations/19720011147/downloads/19720011147.pdf Robert G. Richmond: RADIATION DOSIMETRY FOR THE GEMINI PROGRAM'', NASA Mitteilung 1972, abgerufen am 29. Apr. 2023</ref>

Die zahlreichen [[Space Shuttle|Space-Shuttle]]-Missionen (siehe dazu die [[Liste der Space-Shuttle-Missionen]]) umrundeten die Erde meist in diesem geringeren Erdabstand, nur das [[Hubble-Weltraumteleskop]] wurde in rund 550 km Höhe ausgesetzt und gewartet. Die Weltraummissionen der [[Bemannte Raumfahrt|bemannten Raumfahrt]] fanden also in einem erdnahen [[Umlaufbahn|Orbit]] statt, der Van-Allen-Strahlungsgürtel wurde nicht erreicht (siehe dazu auch [[Strahlenexposition#Übersicht: Kosmische Strahlung]] und [[Matroschka (Strahlungsmessung)|Strahlungsmessung auf der ISS]]).<ref>{{Internetquelle |url=https://science.nasa.gov/mission/hubble/overview/hubble-by-the-numbers/ |titel=Hubble by the Numbers - NASA Science |datum=2024-03-18 |sprache=en-US |abruf=2026-04-29}}</ref>

Nur die [[Apollo-Programm|Apollo-Missionen]] zum Mond führten durch den Van-Allen-Strahlungsgürtel und darüber hinaus. Die Raumfahrer waren auf dem Mond auch direkt dem Sonnenwind und der Radioaktivität der Mondoberfläche ausgesetzt. Die Gesamt-Strahlenbelastung der Apollo-17-Astronauten betrug 9&nbsp;mSv (Zum Vergleich: der ''Grenzwert für die effektive Dosis zum Schutz von beruflich strahlenexponierten Personen'' beträgt in Deutschland 20&nbsp;mSv pro Jahr<ref>[https://www.bfs.de/DE/themen/ion/strahlenschutz/grenzwerte/grenzwerte.html Grenzwerte im Strahlenschutz], Mitteilung des [[Bundesamt für Strahlenschutz|Bundesamtes für Strahlenschutz]], abgerufen am 29. Apr. 2023</ref>).<ref>[http://www.mondlandung.pcdl.de/strahlenbelastung/index_strahlungsguertel.htm Uwe Rexin: Strahlenbelastung & Van-Allen-Gürtel], private Mitteilung, abgerufen am 26. Apr. 2023</ref>

=== Messgeräte und Elektronik ===
Astronomische Messgeräte werden durch die Strahlung gestört oder sogar zerstört. So kann das [[Röntgenteleskop]] [[Chandra (Teleskop)|Chandra]] nur außerhalb des Strahlungsgürtels sinnvolle Daten liefern. Geräte für extraterrestrische Beobachtungen und Messungen müssen deshalb auf entsprechend hohe Umlaufbahnen gebracht werden.<ref>{{Internetquelle |url=https://cxc.harvard.edu/newsletters/news_09/node12.html |titel=Shelter from the Storm: Protecting the Chandra X-ray Observatory from Radiation |abruf=2026-04-29}}</ref>

Elektronik für den Weltraumeinsatz muss generell gegen kosmische Strahlung [[Strahlungshärten|gehärtet]] sein. Die hohe Teilchenenergie kann nicht nur Fehlfunktionen verursachen, sondern Kristallstrukturen dauerhaft bis zum Bauteilausfall zerstören, Isolierstoffe schädigen. Betroffen sind auch [[Solarzelle]]n.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.iis.fraunhofer.de/en/ff/kom/satkom/obp/fobp/space-weather.html |titel=Space Radiation – A Danger for Satellite Missions |sprache=en |abruf=2026-04-29}}</ref> Statische und temporäre Maßnahmen<ref name=":1" />:
* möglichst schneller Durchflug der Strahlungsgürtel
* Anpassen der Flugpläne an die Sonnenaktivität bzw. an durch diese ausgelöste [[Magnetsturm|magnetische Stürme]]
* Unterbringung empfindlicher Bauteile hinter schützenden Abschirmungen
* Abschaltung und günstige Ausrichtung von Satelliten bei Sonnenstürmen bzw. Magnetstürmen

Als resistent gegen irreversible Schäden durch hochenergetische Teilchenstrahlung gelten lediglich [[Elektronenröhre]]n.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.sciencedirect.com/topics/chemistry/radiation-hardness |titel=Radiation Hardness - an overview {{!}} ScienceDirect Topics |abruf=2026-04-29}}</ref>

== Siehe auch ==
* [[Plasmasphäre]]

== Literatur ==
* Richard B. Horne, (et al.): ''Wave acceleration of electrons in the Van Allen radiation belts.'' In: ''Nature.'' Band 437, 2005, [[doi:10.1038/nature03939]], S. 227–230.
* D. N. Baker, (et al.): ''An extreme distortion of the Van Allen belt arising from the 'Hallowe'en' solar storm in 2003.'' In: ''Nature.'' Band 432, 2004, [[doi:10.1038/nature03116]], S. 878–881.

== Weblinks ==
* [http://www.mondlandung.pcdl.de/strahlenbelastung/vanallen.htm Grafik zum Van-Allen-Gürtel]
* [http://svs.gsfc.nasa.gov/vis/a000000/a003000/a003052/index.html Earth’s Radiation Belts with Safe Zone Orbit] NASA/Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio{{Toter Link|date=2023-07-23|url= http://svs.gsfc.nasa.gov/vis/a000000/a003000/a003052/index.html}}

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=4187401-8|LCCN=sh/85/141956}}

[[Kategorie:Planetologie]]
[[Kategorie:Erde (Planet)]]
[[Kategorie:Strahlung]]
[[Kategorie:Magnetik]]