PL 
EnglishDomyślny
Українська☢️ Pasy Van Allena
Dipolowe pole Ziemi pułapkuje naładowane cząstki na odbijających się torach spiralnych. Obserwuj protony i elektrony wirujące, odbijające się nad biegunami i dryfujące wokół planety — a przy zbyt małym kącie natarcia wpadające w stożek strat.
Podobne symulacje
O tej symulacji
Ten symulator całkuje ruch pojedynczych naładowanych cząstek przez dipolowe pole magnetyczne Ziemi w płaszczyźnie południkowej 2D (r, z), gdzie składowe pola wynoszą Br = 3Mrz/R⁵ oraz Bz = M(3z²−R²)/R⁵. W każdym kroku czasowym prędkość cząstki jest rozdzielana na część równoległą do lokalnego pola oraz dwie części prostopadłe (w płaszczyźnie i poza nią), po czym para prostopadła jest obracana o kąt cyklotronowy Δθ = (q/m)|B|·dt przed ponownym połączeniem — jest to półniejawny schemat obrotu typu leapfrog, który odtwarza żyrację wokół linii pola bez pełnego trójwymiarowego pchnięcia Borisa. Ponieważ |B| gwałtownie wzrasta w kierunku biegunów, ruch równoległy zwalnia, odwraca kierunek i odbija cząstkę między punktami zwierciadlanymi; każda cząstka, której równikowy kąt nachylenia spada poniżej analitycznie obliczonego kąta stożka strat, uderza w modelowaną atmosferę i jest usuwana jako utracona.
Co przedstawia
Protony (pas wewnętrzny, wstrzykiwane w okolicach L≈1,3–2,7 RZ) i elektrony (pas zewnętrzny, L≈4–7 RZ) wirujące, odbijające się i dryfujące przez dipolowe pole Ziemi w płaszczyźnie południkowej r–z, z opcjonalnymi nakładkami linii pola, gęstości pasa i stożka strat oraz bieżącymi licznikami cząstek uwięzionych i utraconych.
Jak korzystać
Wybierz rodzaj cząstki i ustaw powłokę L wstrzyknięcia, kąt nachylenia, liczbę cząstek i prędkość symulacji, a następnie naciśnij Wstrzyknij dla partii lub Burza dla losowego wybuchu rozłożonego w zakresie L 2–6. Przełączaj linie pola, gęstość pasa i stożek strat, a Pauza/Reset służą do zatrzymania lub ponownego uruchomienia symulacji.
Czy wiesz, że...
Kąt stożka strat jest tu obliczany dokładnie tak samo, jak w rzeczywistej fizyce magnetosferycznej — ze stosunku natężenia pola równikowego do natężenia pola w punkcie, w którym linia pola cząstki dotyka atmosfery — dlatego cząstki o stromych, bliskich 90° kątach nachylenia pozostają uwięzione znacznie dłużej niż te wstrzyknięte pod płytkimi kątami.
Najczęściej zadawane pytania
Jakie równania faktycznie poruszają każdą cząstką?
Każda cząstka odczuwa siłę Lorentza poprzez dipolowe pole magnetyczne o składowych Br = 3Mrz/R⁵ oraz Bz = M(3z²−R²)/R⁵ (r, z w promieniach Ziemi, moment dipolowy M znormalizowany tak, by równikowe pole powierzchniowe równało się 1). W każdym kroku czasowym kod rozdziela prędkość na składową równoległą do B oraz dwie składowe prostopadłe (jedną w płaszczyźnie r-z, drugą poza nią), obraca parę prostopadłą o kąt cyklotronowy Δθ = (q/m)|B|·dt, a następnie łączy je w nowe prędkości r,z — jest to półniejawny schemat obrotu, który odtwarza żyrację bez potrzeby stosowania pełnego trójwymiarowego algorytmu Borisa.
Jak wyznaczany jest kąt stożka strat?
Dla aktualnej powłoki L kod znajduje szerokość magnetyczną λf, przy której linia pola dipolowego osiąga górną granicę modelowanej atmosfery (1,03 RZ), a następnie oblicza wzór na natężenie pola dipolowego B(L,λ) = (1/L³)·√(1+3sin²λ)/cos⁵λ zarówno na równiku, jak i przy λf. Połowa kąta stożka strat spełnia równanie sin²(αlc) = Beq/Batm. Każda cząstka, której równikowy kąt nachylenia jest mniejszy niż αlc, odbija się poniżej atmosfery; symulacja wykrywa to w chwili, gdy odległość cząstki od środka Ziemi spada poniżej 1,03 RZ, i usuwa ją jako utraconą.
Dlaczego protony dryfują na wschód, a elektrony na zachód?
Kod gromadzi oszacowanie prędkości dryfu azymutalnego proporcjonalne do (vperp²+2vpar²)/(|ωc|·R) ze zmianą znaku −sign(q): dla protonów (q=+1) wychodzi to ujemne w konwencji kodu i jest raportowane jako kierunek wschodni, podczas gdy elektrony (q=−1) otrzymują przeciwny znak i są raportowane jako dryfujące na zachód. Odzwierciedla to rzeczywisty dryf gradientowo-krzywiznowy, który oddziela wewnętrzny pas protonowy od zewnętrznego pasa elektronowego — choć w tym dwuwymiarowym widoku płaszczyzny południkowej dryf jest śledzony jedynie jako liczba wyświetlana w panelu statystyk, a nie renderowany jako rzeczywisty ruch azymutalny punktu.
Czym różni się pas wewnętrzny od zewnętrznego w tym modelu?
Pas wewnętrzny (protony, wstrzykiwane w okolicach L≈1,3–2,7 RZ) i pas zewnętrzny (elektrony, L≈4–7 RZ) to po prostu dwa różne domyślne promienie i prędkości wstrzyknięcia (znormalizowana v = 0,018 dla protonów w porównaniu z 0,045 dla elektronów, przy masie protonu równej 1 i masie elektronu 1/1836), nałożone na dwa miękkie pasma o gradiencie promieniowym — bursztynowe dla pasa wewnętrznego, niebieskie dla zewnętrznego — tak by wizualizacja gęstości odpowiadała miejscu, w którym zasiewany jest każdy rodzaj cząstek. Odzwierciedla to rzeczywistą strukturę pasów Van Allena, w której energetyczne protony dominują blisko Ziemi, a elektrony dalej, bez modelowania procesów źródłowych i strat, które faktycznie tworzą ten podział.
Czy to w pełni dokładny trójwymiarowy model pasów Van Allena?
Nie — to dwuwymiarowe przybliżenie płaszczyzny południkowej (r, z) wykorzystujące jednostki znormalizowane zamiast rzeczywistych prędkości, mas czy natężeń pola w układzie SI, a dryf azymutalny jest śledzony jedynie jako tempo analityczne dla panelu statystyk, a nie faktyczne przesuwanie cząstek poza płaszczyznę. Model poprawnie oddaje kluczową fizykę — odbicie dipolowe, żyrację, stożek strat oraz właściwy znak dryfu gradientowo-krzywiznowego — co czyni go solidnym narzędziem dydaktycznym o charakterze jakościowym, jednak dokładne wartości, takie jak odczyt okresu odbicia, należy traktować jako poglądowe, a nie na poziomie planowania misji.