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{{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. h. in der Nähe des [[Äquator]]s, in einem Bereich von etwa 700 bis 6.000 Kilometer über der Erdoberfläche und besteht hauptsächlich aus hochenergetischen [[Proton]]en. Die äußere befindet sich in etwa 16.000 bis 58.000 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 A“ und „Van Allen 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 (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 3.000 und 6.000 km über der Erdoberfläche. Energiereiche Elektronen (unten) verstärken den inneren und bilden den äußeren Strahlungsgürtel um 25.000 km Höhe. Die Teilchendichte der Protonen mit einer Energie von mehr als 10 [[Elektronenvolt #Verwendung|MeV]] und der Elektronen mit mehr als 0,5 MeV liegt in der Größenordnung von 106 Teilchen/(cm²·s). Die Ionisations-Strahlenbelastung durch Elektronen auf [[Elektrisches Bauelement|elektronische Bauteile]] liegt bei 0,1 bis 1 krad/h (1 bis 10 Gy/h), durch Protonen (hinter 1 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. August 2011.</ref><ref>[http://www.wissenschaft-online.de/artikel/1118374 Teilchenphysik: Antiprotonenring umhüllt die Erde] – Artikel bei ''[[Spektrum der Wissenschaft]]'', vom 8. 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 km Höhe, hinter einer Aluminium-Abschirmung variabler Dicke Blau: Elektronen, Rot: [[Bremsstrahlung]] (doppelt-[[logarithmische Darstellung]])]]

Die [[Äquivalentdosis]] der Strahlung beider Hauptzonen beträgt hinter 3 mm dickem Aluminium unter extremen Umständen bis zu 200 mSv/h ([[Sievert (Einheit)|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 [[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 mSv/a ≈ 5,5 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 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 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 mSv (Zum Vergleich: der ''Grenzwert für die effektive Dosis zum Schutz von beruflich strahlenexponierten Personen'' beträgt in Deutschland 20 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]]

Van-Allen-Gürtel - Versionsgeschichte

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