Наука
Прошло уже три месяца с тех пор, как марсоход Curiosity приземлился на Красную планету, чтобы определить, способен ли Марс поддерживать жизнь.
Один из факторов, ограничивающих условия обитаемости, важных для будущих пилотируемых миссий – был уровень радиации от космических лучей и солнечных частиц, который попадает на поверхность планеты.
Чтобы выяснить это, инструмент марсохода для измерения радиации, называемый RAD, собрал данные, касающиеся ежедневных циклов радиации, достигающих Curiosity .
Атмосфера Марса действует как щит для радиации на поверхности планеты. Ученые знают об этом, так как по мере того, как утолщается атмосфера, уровень радиации падает на 3-5 процентов.
Проблема состояла в том, что атмосфера Марса в 100 раз тоньше, чем на Земле , что говорит о более легком проникновении радиации и большей опасности для космонавтов.
Жизнь на Марсе: уровень радиации
Так смогут ли космонавты выжить в марсианской среде?
"Совершенно точно, космонавты смогут жить в этой среде ", - объявил главный исследователь Дан Хасслер. "По крайней мере, какой-то ограниченный период времени".
Уровень радиации на поверхности Марса примерно вдвое меньше того, что ученые наблюдают во время полетов в дальний космос . Главная проблема - это накапливание радиации в течение длительного времени.
А вот что точно известно, так это то, что миссия на Марс будет долгой - около 3 лет, включая около 6 месяцев, чтобы туда добраться и еще шесть, чтобы вернуться. Существует предел с точки зрения суммарной дозы излучения, которое может испытать космонавт.
В обычный день, космонавт в глубоком космосе защищен от радиации. Лучевая болезнь не возникает сразу. Но сценарий может измениться, если космонавты столкнуться с событием, когда излучается большое количество радиации, как например при солнечной буре. Кроме того, космонавты будут подвержены более высокому уровню радиации по пути к планете, чем на ее поверхности .
Пока ученые продолжают проводить измерения, а заключение об уровне радиации еще предстоит сделать.
"Вопрос не состоит в том, отправимся ли мы на Марс. Важно, когда мы туда отправимся и как лучше защитить наших космонавтов", - объяснил Хасслер.
Марсоход Curiosity: фото с Марса
1. Снимок высокого разрешения марсохода Curiosity, сделанный с помощью его роботизированной руки
«За последние 200 дней пребывания на Марсе мы узнали о воздействии радиации. Конечно, космическое пространство - опасное место, и излучение является одной из многих причин. Предполагалось, что как только наши астронавты благополучно приземляться на поверхность Марса, планета обеспечит надежную защиту от разрушительного действия радиации. Но оказалось всё не так - радиация влияла не только на человека, но и на автоматические аппараты», - было опубликовано в журнале «Наука».
«На Земле от радиации мы защищены магнитосферой и относительно плотной атмосферой. Но радиация на Марсе - это неоспоримый факт», - сказал Дон Хеслер, автор статьи «Радиационная обстановка поверхности Марса измеряется в Марсианской научной лаборатории».
На Земле радиационное излучение связывают с последствиями катастроф, таких как Чернобыль и Фукусима. Иногда мы беспокоимся, что компьютерная томография, рентген и трансконтинентальные рейсы могут быть причиной облучения. Самым опасным источником излучения, по данным Общества по физическим основам радиационной безопасности, является радон.
Марсоход «Curiosity», находясь в 180-дневном путешествии, позволил вычислить среднюю дозу облучения. Это примерно 300 мЗв, что эквивалентно 24 компьютерным томографиям. Чтобы добраться до Марса, астронавт будет подвергаться 15-кратному годовому облучению, нежели работник атомной станции.
«Изменчивость в уровнях радиации была намного больше, чем ожидалось, - сказал Хеслер. - Существуют также сезонные колебания излучения».
Соавтор исследования Дженнифер Эйгенборд из Института космических исследований утверждает, что потоки излучения имеют решающее значение при определении возможности жизни на Красной планете. Самые мощные частицы в воздухе проникают в марсианский грунт. Воздействуя на поверхность, галактические космические лучи и сильные солнечные энергетические частицы производят гамма-лучи и нейтроны, способные разорвать молекулярные связи в почве. Возможно, этот процесс уничтожил все следы жизни, расположенные близко к поверхности. Новое исследование предполагает, что найти органические молекулы можно, нужно лишь копать гораздо глубже.
«Если мы найдем органику на Марсе, то это нам поможет направить наше исследование в новое русло», - сказала Эйгенборд.
«Зная уровень радиации, мы сможем конструировать различные системы на поверхности, чтобы защитить наших астронавтов от вредного воздействия», - сказал Хеслер.
Чтобы выжить в пути и на планете, необходимо знать космическую погоду. Прогнозирование космической погоды является относительно новой областью, но имеет решающее значение для всех космических миссий.
Прогноз космической погоды включает прогнозирование солнечных вспышек, геомагнитных бурь и выбросов корональной массы, исходящих от Солнца.
«С помощью детектора оценки излучения (RAD) мы продолжаем получать сведения об излучении поверхности, типе частиц и относительных частотах. В настоящее время это единственный способ оценки излучений на Марсе. Данная система поможет более точно разработать костюмы астронавтов, наилучшее место пребывания на планете, запланировать деятельность вне космического корабля. Благодаря измерениям RAD мы можем начать писать «Руководство по выживанию на Марсе», - заявил Хеслер.
Американские учёные представили первый подробный отчёт о радиации на поверхности Марса. В основу легли данные собранные за первые триста дней миссии детектором оценки радиации (RAD), установленным на марсоходе Curiosity.
Результаты, опубликованные в журнале Science , показывают, что радиоактивное излучение хоть и представляет угрозу здоровью астронавтов, но всё-таки не ставит крест на планах пилотируемых полётов.
Излучение на Марсе гораздо жестче, чем на Земле по двум причинам. Во-первых, там отсутствует глобальное магнитное поле, которое прикрывает землян. Во-вторых, слишком тонкий слой атмосферы обеспечивает небольшую защиту от солнечного излучения, но бесполезен против космических лучей.
В среднем радиоактивное воздействие на поверхности планеты эквивалентно дозе в 0,67 миллизивертов. Это почти в три раза меньше дозы в 1,8 миллизивертов, которую ежесуточно регистрировал RAD во время межпланетного перелёта.
За первые восемь месяцев работы марсохода RAD зафиксировал один мощный всплеск излучения, связанный с вспышкой на Солнце, а также три "провала", вызванных корональными выбросами в межпланетное пространство , которые обеспечили магнитное экранирование от космического излучения.
"Мы продолжаем следить за радиационной обстановкой в разные периоды солнечного цикла и наблюдаем за последствиями крупных солнечных бурь. Эти измерения дают нам важную информацию для планирования будущих экспедиций", — сообщил в пресс-релизе NASA главный исследователь RAD Дон Хасслер (Donald Hassler) из Юго-западного исследовательского института в Боулдере.
Предполагается, что экспедиция к Красной планете продлится 860 суток, из которых 180 уйдёт на перелёт в каждую сторону, и ещё 500 суток земляне проведут на поверхности планеты. Во время пилотируемого полёта дозу облучения можно будет снизить с помощью .
По оценке специалистов суммарная доза облучения, которую космические путешественники получат за всё путешествие, составит около одного зиверта .Такая доза не считается смертельной, но увеличивает риск развития смертельных форм рака как минимум на 5%.
Отметим, что согласно действующим правилам Американского космического агентства NASA риск подобных заболеваний за всю карьеру астронавтов не должен повышаться более чем на 3%. Однако существующие нормы были рассчитаны для работы на низкой околоземной орбите и, конечно же, требуют корректировки для дальних полётов.
Сейчас НАСА совместно с Институтом медицины (IOM) проводят исследования, чтобы разработать нормы и ограничения для экспедиций к другим планетам, в частности, к Марсу.
Новое исследование кроме чисто практического значения для будущих экспедиций проливает свет на . Уровень радиации на поверхности планеты позволяет предположить, что микробные организмы не могли сохраниться в верхних слоях почвы, а признаки существующих или прошлых форм жизни следует искать в скважинах .
Curiosity исследовал уровень радиации на поверхности Марса и показал, что он примерно соответствует уровню радиации низкой околоземной орбиты, где долгое время провод
Curiosity исследовал уровень радиации на поверхности Марса и показал, что он примерно соответствует уровню радиации низкой околоземной орбиты, где долгое время проводят люди, например, на уровне Международной космической станции.
Визит на Марс, тем не менее, от этого не становится менее опасным, так как лететь придётся достаточно долго, а ведь ещё нужно пробыть некоторое время на Красной планете и вернуться на Землю.
В отличие от нашей планеты, на Марсе нет магнитосферы либо она настолько слаба, что её влиянием на какие-либо объекты можно пренебречь. А ведь именно магнитосфера в первую очередь защищает Землю от значительной части радиации, в основном пропуская лишь нейтральные частицы (фотоны, нейтрино и некоторые другие) и задерживая львиную долю заряженных частиц. Однако у Марса есть атмосфера. И хотя она тонкая и довольно разрежена, всё же она обеспечивает определённую защиту от радиации.
Дон Хасслер, один из операторов Curiosity, заявил о том, что это первое в человеческой истории измерение радиационной обстановки на какой-либо планете помимо Земли. Он добавил, что космонавты могут жить в такой среде. Очень повезло, что Марс имеет пусть даже такую атмосферу. Строго говоря, и на Луне есть атмосфера, однако она там настолько слаба, что её можно не учитывать и приравнивать к газовой составляющей космического пространства. На Марсе не учитывать влияние атмосферы не позволительно, подчеркнул Хасслер.
Метеостанция марсианского ровера многое поведала и о тепловом приливе. Дело в том, что Солнце нагревает атмосферу Марса на той стороне, которая обращена к Солнцу. В результате давление падает и она расширяется. На обратной стороне господствует холод и поэтому атмосфера там сжимается и становится тоньше, опускается.
Так как Марс совершает вращения вокруг своей оси, то выпуклость более тёплого воздуха движется вместе с солнечной стороной с востока на запад. Всё это подтвердил Curiosity, измерив изменения давления газов атмосферы в течение суток. И он также зафиксировал сопряжённость колебания уровня заряженных частиц, являющихся составной частью солнечного и галактического ветров. Понижения проникающей радиацией совпадали с повышением атмосферного давления. То есть, когда атмосфера уплотняется, заряженные частицы в меньшей степени проникают к поверхности Марса. Так что воздух марсианской атмосферы всё-таки в определённой мере выполняет защитную функцию.
Учёные на данный момент ещё не готовы оценить так называемую суточную дозу облучения людей, пребывающих в будущем на Марсе. Но ясно, что она будет намного ниже уровня радиации, зарегистрированным тем же Curiosity во время межпланетного полёта. Как говорят специалисты в сфере космонавтики, вот где главная проблема. Ведь за три года путешествия на Красную планету (туда и обратно) космонавты могут получить примерно в семь раз большую долю радиации, чем те, кто обитает на МКС за тот же срок.
Совокупная доза ионизирующего облучения увеличивает риски развития злокачественных опухолей и других последствий. Дело в том, что те частицы, которые обладают достаточно сильной энергией и буквально врезаются в тело человека, способны превращать атомы нашего тела в ионы и даже выбивать их из своих «законных» мест. Это и есть опасное действие ионизированного излучения. Поэтому космические агентства устанавливают строгие лимиты на пребывание в открытом космосе. Поэтому крайне необходимо знать как уровень радиации в открытом космосе, так и уровень радиации на Марсе.
Curiosity ещё предстоит выяснить, в какой степени Марс беззащитен перед солнечными вспышками, которые и на Землю оказывают серьёзное влияние. Поэтому специалисты НАСА полагают, что первое время на Марсе будут строиться подземные колонии, а на поверхность главным образом выходить будут роботы.
По данным от марсохода Curiosity, уровень радиации на Марсе почти такой же, как и на низкой околоземной орбите, где находится Международная космическая станция. Но визит на Красную планету не становится от этого безопасным, так как лететь придется достаточно долго.
По сравнению с Землей, у Марса отсутствует магнитосфера, которая защищает планету от галактического и солнечного излучения. Впрочем, есть тонкая атмосфера, которая обеспечивает небольшую защиту. По словам одного из операторов Curiosity, это открытие стало первым в истории измерением радиационной обстановки на планете, отличной от Земли. Астронавты смогут жить в подобной среде.
От метеорологической станции ровера поступили данные о так называемом тепловом приливе. Атмосфера начинает нагреваться Солнцем, расширяясь и снижая давление. А на другой стороне в это время холодно, там атмосфера начинает опускаться и сжиматься.
Из-за вращения Марса, выпуклость с нагретым воздухом перемещается вместе со светлой стороной с востока на запад. Curiosity зафиксировал подобный эффект, следя за изменением атмосферного давления в течение суток. Также были отмечены ежедневные провалы в уровне заряженных частиц, совпадающие с повышением давления. Получается, что марсианская атмосфера все же обеспечивает защиту.
В настоящий момент ученые не могут дать оценку суточной дозе облучения на Красной планете. Однако понятно, что она будет несколько ниже уровня, зафиксированного космическим кораблем, который перевозил Curiosity. Именно это и становится главной проблемой: за три года перелета космонавты облучатся в семь раз сильнее, чем за это же время на МКС.
Совокупное облучение повышает риск возникновения различных раковых заболеваний, именно поэтому космическими агентствами устанавливаются лимиты на сроки пребывания в космосе. Необходимо получить точную величину марсианской дозы, что как следует защитить космонавтов во время перелета к Красной планете.
Ко всему этому, еще случаются солнечные вспышки, и Curiosity необходимо выяснить, насколько защищен от них Марс.
Естественно, лучший вариант – это подземная база или колония, в которой на поверхность выходят только роботы. Но все же стоит рассмотреть варианты, позволяющие выходить на поверхность и космонавту.