पृथ्वी से 150 मिलियन किलोमीटर दूर स्थित, सूर्य एक विशाल परमाणु संलयन संयंत्र के रूप में कार्य करता है, जो लगभग 384 ट्रिलियन ट्रिलियन वॉट ऊर्जा उत्सर्जित करता है। यह ऊर्जा गर्मी, प्रकाश और आवेशित कणों के रूप में अंतरिक्ष में उत्सर्जित होती है, जो एक विशाल ग्रह कवच की सुरक्षा के बिना पृथ्वी पर जीवन के लिए घातक होगी।
पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र इन सौर कणों के बड़े हिस्से के खिलाफ बचाव प्रदान करता है, लेकिन साथ ही यह वैन एलन बेल्ट नामक एक अंतरिक्ष क्षेत्र उत्पन्न करता है, जहां इन कणों की विकिरण केंद्रित होती है। इन बेल्टों के अस्तित्व की खोज ने एक महत्वपूर्ण प्रश्न उठाया: इन विकिरण क्षेत्रों से गुजरने का खतरा स्तर क्या है, जो पृथ्वी की कक्षा से बाहर पहली मानवीय यात्राओं की सीमाओं और संभावनाओं को निर्धारित करने में मदद करेगा।
पहले संकेत 1911 और 1912 के बीच सामने आए, जब ऑस्ट्रो-अमेरिकी भौतिक विज्ञानी विक्टर फ्रांज़ हेस ने विभिन्न ऊंचाइयों पर विकिरण को मापने के लिए गुब्बारा उड़ानें भरीं। उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि ऊंचाई के साथ विकिरण बढ़ता है और इसकी उत्पत्ति अंतरिक्ष में है। हेस ने ब्रह्मांडीय किरणों की खोज की - सूर्य, आकाशगंगा में सुपरनोवा विस्फोटों और अन्य चरम बाहरी स्रोतों से निकलने वाले ऊर्जावान कण - और यह कि वे वायुमंडल के साथ परस्पर क्रिया करते हैं, जिसके लिए उन्हें 1936 में भौतिकी का नोबेल पुरस्कार मिला।
इस अध्ययन को 1958 की शुरुआत में बेहतर बनाया गया, जब संयुक्त राज्य अमेरिका ने एक्सप्लोरर 1 लॉन्च किया, अपना पहला कृत्रिम उपग्रह। उसमें लगे उपकरणों में से एक, एक गाइगर काउंटर, हेस के गुब्बारों द्वारा प्राप्त ऊंचाइयों से ऊपर की ऊंचाइयों पर ब्रह्मांडीय किरणों को मापने का लक्ष्य रखता था। हालांकि, डेटा ने एक असामान्य व्यवहार दिखाया: कुछ ऊंचाइयों पर, उपकरण इतनी अधिक मात्रा में विकिरण दर्ज कर रहा था कि वह संतृप्त होने जैसा लग रहा था।
आईओवा विश्वविद्यालय के खगोल भौतिकीविद् जेम्स वैन एलन ने शुरू में सोचा कि उपकरण खराब हो रहे थे। हालांकि, उसी वर्ष लॉन्च किए गए एक्सप्लोरर 3 द्वारा किए गए माप ने पुष्टि की कि यह कोई त्रुटि नहीं थी, बल्कि एक नई और आश्चर्यजनक खोज थी: पृथ्वी ग्रह के चुंबकीय क्षेत्र द्वारा रोके गए ऊर्जावान कणों के बेल्ट से घिरी हुई थी।
बाद के मिशनों, जैसे पायनियर 3 और एक्सप्लोरर 4 ने एक बाहरी क्षेत्र के अस्तित्व को उजागर किया। इन संरचनाओं को वैज्ञानिक के सम्मान में वैन एलन बेल्ट कहा जाने लगा जिसने उनकी पहचान का नेतृत्व किया। वैचारिक रूप से, चुंबकीय क्षेत्र एक चुंबक के चारों ओर एक अदृश्य संरचना बनाता है, लौह धूल को निर्देशित करता है; पृथ्वी के मामले में, यह संरचना बहुत बड़ी है और आवेशित कणों के साथ परस्पर क्रिया करती है, जो मुख्य रूप से सूर्य से आते हैं, उन्हें बड़े छल्लों के रूप में फंसाती है।
लोहे की धूल के विपरीत, वैन एलन बेल्ट के ऊर्जावान कण स्थिर नहीं रहते हैं। आंतरिक बेल्ट अपेक्षाकृत स्थिर है और मुख्य रूप से उच्च ऊर्जा प्रोटॉन से बना है, जबकि बाहरी बेल्ट मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉनों से बना है और एक अत्यधिक गतिशील वातावरण है, जिसमें कण सभी दिशाओं में गति कर रहे हैं, कुछ प्रकाश की गति के करीब।
इन क्षेत्रों की तीव्रता और विस्तार सौर गतिविधि के अनुसार उतार-चढ़ाव करते हैं, क्योंकि नए कण कैप्चर हो सकते हैं या बच सकते हैं। भू-चुंबकीय तूफानों के दौरान, बेल्ट काफी बदल सकते हैं, जैसा कि 2012 में वैन एलन प्रोब्स द्वारा देखा गया था। इन आंकड़ों ने दो मुख्य के बीच एक तीसरे विकिरण क्षेत्र के उभरने की संभावना का संकेत दिया, हालांकि यह स्थायी नहीं है और तीव्र सौर गतिविधि के कुछ हफ्तों के बाद गायब हो गया।
हालांकि विकिरण वैन एलन बेल्ट को मानवयुक्त उड़ानों के लिए दुर्गम बाधा नहीं बनाता है, मानव स्वास्थ्य और उपकरणों के कामकाज पर जोखिम की चिंता प्रासंगिक है। ऊर्जावान कण इलेक्ट्रॉनिक घटकों में विफलताओं का कारण बन सकते हैं, कंप्यूटर मेमोरी में तार्किक मानों को बदल सकते हैं या अंतरिक्ष यानों के प्रोग्रामिंग को संशोधित कर सकते हैं।
मनुष्यों में, प्रभाव समान है: विकिरण में डीएनए के 'बिट्स' को संशोधित करने की क्षमता होती है, जिसके परिणामस्वरूप क्षतिग्रस्त कोशिकाएं हो सकती हैं जो अंग शिथिलता या कैंसर का कारण बन सकती हैं। हालांकि, मानव शरीर में कुछ विकिरण खुराक को गंभीर परिणामों के बिना सहन करने की क्षमता होती है। इस सहिष्णुता ने हेस को अपने गुब्बारा प्रयोगों से सुरक्षित रूप से लौटने की अनुमति दी, और यह जोखिम की तीव्रता और अवधि पर निर्भर करता है।
यह समझ महत्वपूर्ण है कि अपोलो मिशनों और वर्तमान में आर्टेमिस के अंतरिक्ष यात्रियों ने वैन एलन बेल्ट को बिना किसी समस्या के कैसे पार किया। हालांकि बेल्ट एक शत्रुतापूर्ण विकिरण वातावरण का प्रतिनिधित्व करते हैं, यदि अंतरिक्ष यान सुरक्षा प्रदान करते हैं और पारगमन तेज है, तो अंतरिक्ष यात्रियों द्वारा अवशोषित खुराक कम और सुरक्षित मानी जाती है।
अपोलो कार्यक्रम के नौ मानवयुक्त मिशनों के दौरान, मार्गों को विकिरण के संपर्क को कम करने के लिए नियोजित किया गया था। नासा ने प्राप्त खुराक की निगरानी की, जिनकी औसत 0.16 और 1.14 रेड के बीच रही, जिसमें से अधिकांश जोखिम बेल्ट से गुजरने से आया था। इन खुराक में से किसी ने भी नियमित रूप से विकिरण के संपर्क में आने वाले श्रमिकों के लिए अनुशंसित वार्षिक सीमाओं को पार नहीं किया।
यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि अंतरिक्ष विकिरण हानिरहित नहीं है। पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र की सुरक्षा के बाहर, अंतरिक्ष यात्री ब्रह्मांडीय किरणों और सौर कणों के अधीन होते हैं। चंद्र या अंतरग्रहीय मिशन के दौरान एक बड़ा सौर तूफान कहीं अधिक गंभीर जोखिम प्रस्तुत कर सकता है, जो लंबी अवधि की यात्राओं के लिए एक महत्वपूर्ण चुनौती का गठन करता है।
इसलिए, अंतरिक्ष वातावरण का अध्ययन खतरों की पहचान करने और ब्रह्मांडीय अन्वेषण के लिए सर्वोत्तम रास्ते निर्धारित करने के लिए मौलिक है। वैन एलन बेल्ट एक पूर्ण बाधा का गठन नहीं करते हैं, बल्कि कुछ ऐसा हैं जिसे विशाल ब्रह्मांडीय महासागर में रोमांच जारी रखने के लिए समुद्र तट पर टूटने वाली लहर की तरह तेजी से पार किया जाना चाहिए।