В огромной космической пустоте две формы радиации угрожают астронавтам: космические лучи проникают через галактику на скоростях, близких к свету, в то время как солнечная активность производит более приглушенную форму излучения. Оба являются проблемой для космических путешественников, вызывая состояния, начиная от нарушения зрения и заканчивая раком.
Это излучение не является проблемой здесь на Земле благодаря защитной атмосфере планеты, которая блокирует худшее из этого. Но у инженеров до сих пор нет эффективных методов защиты астронавтов от этих опасностей, и это добавляет дополнительный уровень риска к уже рискованным планам отправить людей на Марс в трехлетнее путешествие к 2030-м годам.
«Могут быть риски на уровне миссии, которые буквально ставят миссию под угрозу - всю миссию, а не только отдельных астронавтов, - если один или несколько членов экипажа выведены из строя», - говорит эксперт по радиации Рон Тернер, старший научный советник Института НАСА по Advanced Concepts в Атланте, который изучает стратегии управления рисками для полетов в космос. «Важно, чтобы мы получили эти данные в течение следующих десяти лет, чтобы мы могли разумно планировать будущую миссию на Марс».
Солнце постоянно сбрасывает энергетические частицы через солнечный ветер. И уровни этих частиц поднимаются и опускаются в течение 22-летнего солнечного цикла Солнца. Солнечные бури также могут швырнуть в космос огромные сгустки заряженных частиц, причем 11-летний пик дает наибольшую активность. Мощное излучение может не только увеличить долгосрочные риски рака, но и вызвать непосредственные проблемы, такие как рвота, усталость и проблемы со зрением.
Как солнечная активность, космические лучи могут вызвать рак. Эти высокоэнергетические, высокоскоростные частицы происходят из-за пределов Солнечной системы и могут серьезно повредить клетки человека. Однако, в отличие от солнечного излучения, космические лучи могут также вызывать долгосрочные дегенеративные эффекты в космосе, включая болезни сердца, снижение эффективности иммунной системы и неврологические симптомы, напоминающие болезнь Альцгеймера.
Без земной атмосферы астронавтам на борту Международной космической станции уже приходится иметь дело с этими радиационными опасностями. Они могут искать убежища в более защищенной части корабля, когда солнце выпускает особенно мощный выброс радиации. Но избежать постоянного, устойчивого нападения космического излучения представляет большую проблему. И никто на МКС еще не испытал полных радиационных опасностей, которые можно было бы увидеть при трехлетней миссии на Марс и обратно; максимальное количество времени, которое кто-либо провел на космической станции, составляет 14 месяцев.
Более толстый корпус может помочь блокировать космические лучи с более низкой энергией, но любые мощные лучи могут легко пройти через них, отмечает Тернер. Кроме того, удвоение номинальной толщины корпуса космического корабля только уменьшает угрозу для космонавтов примерно на 10 процентов, что зависит от природы лучей и защиты. Это дополнительное экранирование также добавляет вес космическому кораблю, ограничивая то, что может быть выделено на поставки для науки и выживания.
Тернер говорит, что лучший способ смягчить опасность от космических лучей - это не экранирование. Вместо этого он считает, что решение будет заключаться в сокращении времени, которое астронавты проводят в путешествиях в другие миры и из них. Как только люди приземлятся на Марсе, большая часть планеты обеспечит значительную защиту, эффективно уменьшая вдвое количество радиации, через которую он проходит. Хотя тонкая атмосфера Марса не обеспечит тот же щит, что и толстый слой газов Земли, она также уменьшит космические лучи, которые достигают исследователей на поверхности.
Чтобы понять, как космические лучи повлияют на исследователей, ученым сначала необходимо измерить свойства магнитного поля Солнца в данный момент времени. «Чем лучше мы знаем среду галактических космических лучей, в которую мы посылаем наших астронавтов, тем лучше мы можем планировать миссии и понимать влияние миссии на астронавтов», - говорит Тернер. С помощью этой информации исследователи смогут прогнозировать воздействие космического излучения за год или два до запуска миссии, что позволит лучше планировать конкретную космическую погоду. Это все равно, что знать, был ли приближающийся шторм на Земле ураганом или грозой; информация может помочь при разработке защитных мер.
Ученые теперь лучше понимают, как выглядят космические лучи за пределами солнечного защитного щита, используя данные, собранные космическим кораблем Voyager 1, который покинул Солнечную систему в 2012 году. Это должно помочь им лучше понять, как изменение солнечной активности влияет на лучей.
Внутри гелиосферы Солнечная система частично защищена от космических лучей. (Лаборатория концептуальных изображений Уолта Феймера / НАСА GSFC) «Вояджер-1» - это единственный инструмент, созданный человечеством, которому удалось проникнуть в межзвездную среду, ту часть, где мы находимся вне влияния солнечного магнитного поля, - говорит Илиас Чолис, постдокторский исследователь в Университете Джона Хопкинса в Мэриленд.
В то время как Voyager 1 исследует космическое излучение за пределами досягаемости Солнца, такие приборы, как российская спутниковая полезная нагрузка для исследования антивещества и астрофизика легких ядер (PAMELA) и альфа-магнитный спектрометр (AMS) на борту МКС, получают образцы изнутри Солнца. система. Сравнение измерений от каждого из этих источников помогает Чолису и другим исследователям понять, как активность Солнца изменила опасное излучение в прошлом и как оно может изменить излучение в будущих солнечных циклах. Вместе эти космические корабли и приборы увеличивают объем информации о космических лучах, и со временем это будет только улучшаться.
Например, Чолис и его коллеги недавно использовали новые данные Voyager 1 для изменения существующих формул, описывающих, как магнитное поле солнца влияет на космические лучи. Многие космические лучи исходят от сверхновых звезд - взрыва массивной звезды, которая посылает заряженные частицы наружу. В отличие от света от взрыва, энергетический материал не движется по прямой линии, а вместо этого отскакивает от газа и пыли в космосе, что Чолис назвал «очень зигзагообразным путем». Это может затруднить определение того, откуда поступают отдельные космические лучи, особенно когда они проходят в солнечную систему.
Выходя за пределы влияния солнца, Чолис и его коллеги надеялись лучше определить источник и свойства лучей. Это не только поможет им узнать больше о происхождении энергетических частиц, но и поможет лучше понять их воздействие на людей, особенно тех, кто путешествует в космосе.
Радиация - это «риск, о котором мы должны узнать больше в течение следующего десятилетия, чтобы мы могли сделать надлежащие меры по смягчению, чтобы мы могли сделать все возможное для космонавтов, которые будут подвергать свою жизнь риску для целого ряда различных угроз» «Тернер говорит. Но оптимальным решением может быть то, которое на данный момент кажется трудным - идти быстрее и избегать как можно большего количества радиации. Он говорит:« Лучший удар для доллара - продвинутая тяга, а не защита ».
