Les ceintures de Van Allen, également appelées ceintures de radiation de Van Allen, sont deux grands tores de particules chargées autour de la planète, maintenus en place par le champ magnétique terrestre. Les ceintures de Van Allen existent à cause des angles morts du champ magnétique terrestre causés par sa compression et son étirement du vent solaire.
Le champ magnétique terrestre sert de miroir magnétique, faisant rebondir les particules chargées le long des lignes de force s’étendant entre les pôles magnétiques nord et sud. Les ceintures de Van Allen sont étroitement associées aux aurores boréales et aux aurores australes, de magnifiques rideaux de particules chargées visibles à des endroits à la surface de la Terre où les ceintures de Van Allen croisent la haute atmosphère. Les ceintures de Van Allen sont également pertinentes pour les satellites et les stations spatiales en orbite, qui doivent éviter les ceintures en raison des dommages que leurs particules chargées provoqueraient.
À la fin du XIXe siècle et au début du XXe siècle, plusieurs scientifiques – Carl Størmer, Kristian Birkeland et Nicholas Christofilos – ont spéculé sur la possibilité d’une ceinture de particules chargées entourant la Terre, mais ce n’est qu’en 19 que son existence a été confirmée par certains des premiers satellites américains, Explorer 20 et Explorer 1958. Les projets ont été dirigés par le Dr James Van Allen de l’Université de l’Iowa, d’où le nom des ceintures. Explorer 1, une sonde spatiale de 3 kg (1 lb), a été lancée pour l’Année géophysique internationale, et les données scientifiques qu’elle a renvoyées sur l’espace situé immédiatement à l’extérieur de l’atmosphère terrestre étaient inestimables. Les ceintures de Van Allen ont été initialement découvertes lorsque l’équipement de détection des rayons cosmiques sur les satellites est temporairement tombé en panne, submergé par le rayonnement local.
Il existe deux ceintures Van Allen distinctes : la ceinture Van Allen intérieure et la ceinture Van Allen extérieure. La ceinture intérieure de Van Allen, qui s’étend de 0.1 à 1.5 rayon terrestre depuis la surface, est constituée de protons hautement chargés, capables de pénétrer jusqu’à un millimètre de plomb et d’endommager les astronautes et les équipements spatiaux. La ceinture externe de Van Allen, située entre 3 et 10 rayons terrestres de la surface, avec sa plus grande intensité entre 4 et 5 rayons terrestres vers l’extérieur, est constituée d’électrons énergétiques. La source des particules énergétiques varie en fonction de la ceinture — les ceintures intérieures de Van Allen sont constituées de produits de désintégration des impacts de rayons cosmiques avec la haute atmosphère, tandis que les ceintures extérieures de Van Allen sont produites à partir d’afflux de particules chargées provenant d’orages géomagnétiques, qui sont eux-mêmes produit par l’influence du Soleil sur les champs magnétiques de la Terre.