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1. 개요
밴앨런대(Van Allen Belt) 또는 밴앨런 복사대(Van Allen radiation belt)는 태양풍에 의해 지구 자기권 내로 유입된 고속의 대전 입자들이 지구자기장에 붙잡혀 남북으로 왕복 운동하는 영역을 말하며[1], 태양풍에서 지구 반경의 약 10배의 공간까지 퍼져 있고 매우 안정해서 한 번 생기면 그 실체가 계속 유지된다.2. 발견
크리스티안 비르켈란, 칼 스토머, 니콜라스 크리스토필로스는 하전입자의 존재 가능성에 대해 조사하였다. 그리고 20세기 중후반 미국과 소련의 우주 경쟁이 시작되었는데 우주경쟁 초반 소련은 세계 최초의 인공위성 스푸트니크 1호를 쏘아올리면서 미국은 스푸트니크 쇼크에 걸린다. 그러자 미국은 뒤늦게 미국에서 최초로 세계에서는 3번째로[2] 익스플로러 1호를 발사시키는데 성공한다. 그러나 익스플로러는 스푸트니크에 비해 크기가 작아서 소련에서도 오렌지만 하다면서 놀리고 있었는데 이 익스플로러 속에 들어있던 밴앨런이 개발한 가이거계수기로 세계최초로 밴앨런대를 발견하게 된다. 미국 입장에서는 이 밴앨런대의 발견으로 체면치레는 한 셈이다.그런데 반전이 있다면 사실 밴 앨런대를 처음 관측한 건 스푸트니크다. 문제가 있다면 이 관측 자료를 스푸트니크가 지상으로 보냈는데 받으라는 소련 정부는 못 받고 호주에서 스푸트니크가 보낸 전파를 수신했는데 암호화된 통신을 호주가 소련으로 보내주지 않았고, 당연히 호주 정부도 소련 암호를 풀 능력이 없었기에 그냥 기록만 해두고 쳐박아뒀는데 그 자료가 밴 앨런대에 대한 것이었음이 뒤늦게 밝혀졌다... 만약 호주가 이를 소련에 보내줬거나 소련이 스푸트니크의 암호 해독 키를 타국에 공유했다면 밴앨런대는 소련에 의해 발견되었다고 기록되었을 것이다.
3. 상세
행성 자기장에 의한 지구 주위에 묶인 대전된 입자(플라즈마)의 2층 구조를 말한다. 해당 방사선대의 고도는 지표면에서 1000 ~ 60000km[3]에서 다양한 방사능 수치로 분포한다. 방사선대를 구성하는 입자의 대부분은 우주선에 의한 다른 입자나 태양풍으로부터 왔다고 보고 있다.발견자 제임스 밴 앨런(James Van Allen, 1914~2006)의 이름을 따서 지어졌고, 지구 자기장 내부 영역에 위치한다. 지구 자기장과 밴앨런대는 우주 방사선이나 태양풍을 막아 지구상의 생물체를 보호해 주는 역할을 한다. 화성의 경우 자기장이 매우 약해 태양풍의 영향을 거의 직접적으로 받고 있다.
4. 구성
지구의 적도를 도넛 모양으로 둘러싸고 있으며, 내대와 외대로 나누어진다.4.1. 내대
대부분 고에너지의 양성자로 되어 있으며, 속도가 빠른 전자가 포함되어 있다. 높이는 약 3000km이고, 태양의 활동이 강할 때에는 200km까지 수축되기도 한다. 내층 100keV의 전자와 100MeV의 고에너지 양성자로 자기장에 강하게 묶여 있다. 외층에 비해 태양의 활동과 관계가 적은 것으로 알려져 있다.4.2. 외대
주로 전자로 구성되어 있으며, 높이는 악 16000km이다.휘슬러모드(원자력 용어) 플라즈마 파장에 의한 에너지를 전송하는 내부로의 방사파와 국부 가속에 의해 생성되며, 외층 전자는 지속적으로 중성대기의 충돌이나 자기권계면의 손실, 그리고 외부로의 방사파에 의해 제거된다.
외층은 지구 자기장에 갇힌 고에너지(0.1-10MeV) 전자가 주로 구성되어 있는데, 고에너지 양성자의 회전 반경은 지구 대기와 닿을 만큼 충분히 크다. 외층에 갇힌 입자군은 전자와 다양한 이온을 함유하면서 변화한다. 이 이온의 대부분은 고에너지 양자 형태로 존재하고, 일부는 지구의 전리층과 유사하지만 더 강한 에너지를 가지고 있는 알파 입자와 산소 이온을 포함하고 있다.
[1] 이때 열권의 대기와 충돌하여 생기는 현상이 오로라다.[2] 당시 소련은 스푸트니크 2호까지 쏘아올렸다.[3] 여담으로 지구에서 달까지의 거리는 약 385,000 km 정도이다.