какая радиация в космосе в рентгенах
50 лет назад один человек совершил маленький шажок, который оказался большим шагом для всего человечества. Мы говорим, как вы поняли, о знаменитой высадке американских астронавтов на Луну. И в последнее время споры вокруг той миссии (как и самой программы «Аполлон») разгорелись с новой силой. Причем речь идет не о том, что «высадки не было и все было снято в павильоне». Новые аргументы говорят нам, что во время миссии на Луну астронавты должны были получить огромную дозу космической радиации, которую невозможно пережить. Но так ли это?
Что такое космическая радиация
Никто не собирается оспаривать факт того, что космическая радиация действительно существует и то, что воздействие ее на живые организмы очень сложно назвать положительным. Сам термин «космическая радиация» довольно обширен и используется для описания энергии, которая излучается в виде электромагнитных волн и/или других частиц, испускаемых небесными телами. При этом не все они являются опасными для человека. Например, люди могут воспринимать некоторые формы электромагнитного излучения: видимый свет можно (простите за тавтологию) увидеть, а инфракрасное излучение (тепло) можно почувствовать.
Между тем, другие разновидности излучения, такие как радиоволны, рентгеновские и гамма-лучи требуют специального оборудования для наблюдения. Самым опасным является ионизирующее излучение и именно его воздействие в большинстве случаев и называют той самой космической радиацией.
Откуда берется космическая радиация
В космосе существует несколько источников ионизирующего излучения. Солнце непрерывно испускает электромагнитное излучение на всех длинах волн. Иногда огромные взрывы на солнечной поверхности, известные как вспышки на Солнце, высвобождают в космос огромное количество рентгеновских и гамма-лучей. Эти явления как раз и могут представлять опасность для астронавтов и оборудования космических аппаратов. Также опасная радиация может исходить из-за пределов нашей Солнечной системы, но на Земле мы защищены от большей части этого ионизирующего излучения. Сильное магнитное поле Земли формирует магнитосферу (грубо говоря, защитный пузырь), который действует как своего рода «щит», блокирующий большую часть опасного излучения.
При этом космическая радиация «не улетает» обратно в космос. Она накапливается вокруг нашей планеты, формируя, так называемые, Пояса Ван Аллена (или радиационные пояса).
Как NASA решило проблему организации полета на Луну
Короткий ответ — никак. Дело в том, что для того, чтобы добраться до Луны, космический аппарат должен двигаться максимально быстро и по кратчайшему расстоянию. Для «облета и маневрирования» не хватило бы ни времени, ни запаса горючего. Таким образом, участники программы должны были пересечь как внешний, так и внутренний радиационный пояса.
NASA знало о проблеме и поэтому им нужно было что-то делать с обшивкой корабля для астронавтов. Обшивка должна была быть тонкой и легкой для обеспечения защиты. Нельзя было слишком «утяжелять» ее. Поэтому минимальная защита от облучения при помощи металлических пластин была добавлена в конструкцию. Более того, теоретические модели радиационных поясов, разработанные в преддверии полетов «Аполлона», показали, что прохождение через них не будет представлять существенной угрозы для здоровья космонавтов.
Но это еще не все. Чтобы добраться до Луны и благополучно вернуться домой, астронавты «Аполлона» должны были не только пересечь пояса Ван Аллена, но и огромное расстояние между Землей и Луной. По времени полет занимал около трех дней в каждую сторону. Участники миссии также должны были безопасно работать на орбите вокруг Луны и на лунной поверхности. Во время миссий «Аполлон» космический аппарат большую часть времени находился за пределами защитной магнитосферы Земли. Таким образом, экипажи «Аполлонов» были уязвимы для солнечных вспышек и для потока радиационных лучей из-за пределов нашей Солнечной системы.
Почему астронавты остались живы?
Можно сказать, что NASA повезло, ведь время миссии совпало с, так называемым, «солнечным циклом». Это период роста и спада активности, который происходит примерно каждые 11 лет. На момент запуска аппаратов как раз пришелся период спада. Однако если бы космическое агентство затянуло программу, то все могло бы закончится иначе. Например, в августе 1972 года, между возвращением на Землю «Аполлона-16» и запуском «Аполлона-17» начался период роста солнечной активности. И если бы в это время астронавты находились бы на пути к Луне, они получили бы огромную дозу космического излучения. Но этого, к счастью, не произошло.
Обсудить эту и другие новости вы можете в нашем чате в Телеграм.
Почему космонавтов не убивает радиация которая есть в космосе?
Решил дополнить исходный ответ по двум причинам:
Но Сузанна права в том, что космонавты МЧС не укрываются в спецпомещении из-за приполярных областей: меня подвела память.
Ну и, конечно, стоит упомянуть и сами вспышки: от них тоже укрываются в наиболее защищенном помещении, а не разгуливают в это время по всей станции.
Все солнечные вспышки тщательно отслеживаются и информация о них отправляется в центр управления. В такие периоды космонавты прекращают работу и укрываются в наиболее защищённых отсеках станции. Такими защищёнными сегментами являются отсеки МКС рядом с ёмкостями с водой. Вода задерживает вторичные частицы — нейтроны, и доза радиации поглощается эффективнее.
В некоторых цитатах ниже упоминается доза в Зивертах (Зв). Для ориентировки некоторые цифры и вероятные эффекты из таблицы в http://nuclphys.sinp.msu.ru/pilgrims/cr16.htm
0-0.25 Зв. Нет эффекта, за исключением умеренных изменений в крови
0.25-1 Зв. Радиационные заболевания из 5-10% облучённых людей
100% летальных исходов
В отсутствие массивного атмосферного слоя, который окружает людей на Земле, космонавты на МКС подвергаются более интенсивному облучению постоянными потоками космических лучей. В день члены экипажа получают дозу радиации в размере около 1 миллизиверта, что примерно равнозначно облучению человека на Земле за год.[103] Это приводит к повышенному риску развития злокачественных опухолей у космонавтов, а также ослаблению иммунной системы.
Как показывают данные, собранные NASA и специалистами из России и Австрии, астронавты на МКС ежедневно получают дозу в 1 миллизиверт. На Земле такую дозу облучения не везде можно получить и за целый год.
Этот уровень, впрочем, ещё относительно терпим. Однако необходимо иметь в виду, что околоземные космические станции находятся под защитой магнитного поля Земли.
За его пределами радиация возрастёт во много раз, следовательно, экспедиции в глубокий космос окажутся невозможными.
Радиация в жилых корпусах и лабораториях МКС и «Мира» возникала вследствие бомбёжки космическими лучами алюминиевой обшивки станции. Быстрые и тяжёлые ионы выбивали из обшивки изрядное количество нейтронов.
Чтобы избежать этого, специалисты NASA добавили в обшивку слой полиэтилена, из которого при бомбёжке тяжёлыми ионами вылетало бы меньше нейтронов. К сожалению, реальный эффект оказался меньше ожидаемого.
В настоящее время на космических кораблях невозможно обеспечить стопроцентную защиту от радиации. Точнее, возможно, но за счёт более чем значительного увеличения массы, а вот это-то как раз и недопустимо
Ионизирующий уровень, фоновый уровень радиации на международной космической станции выше, чем на Земле (примерно в 200 раз – ред.), что делает космонавта более подверженным ионизирующему излучению, чем представителей традиционно радиационно-опасных отраслей, таких как атомная энергетика и рентгенодиагностика.
Одно из наиболее мощных протонных извержений – радиационная буря солнечных извержений, вызвавшая радиационную бурю вблизи Земли, произошло совсем недавно – 20 января 2005 г. Аналогичное по мощности солнечное извержение было 16 лет назад, в октябре 1989 г. Множество протонов с энергиями, превышающими сотни МэВ, достигли магнитосферы Земли. Кстати, такие протоны способны преодолеть защиту толщиной, эквивалентной примерно 11 сантиметрам воды. Скафандр космонавта – тоньше. Биологи считают, что если в это время космонавты оказались бы вне Международной космической станции, то, безусловно, воздействие радиации сказалось бы на здоровье космонавтов. Но они находились внутри неё. Защита МКС достаточно велика, чтобы обезопасить экипаж от неблагоприятного воздействия радиации во многих случаях. Так было и во время данного события. Как показали измерения с помощью радиационных дозиметров, “схваченная” космонавтами доза радиации не превышала той дозы, которую человек получает при обычном рентгеновском обследовании. Космонавты МКС получили 0.01 Гр или
Радиационную опасность, создаваемую ГКЛ, можно оценить и предсказать. Сейчас накоплен богатый материал по временным вариациям ГКЛ, связанным с солнечным циклом. Это позволило создать модель, на основе которой удаётся предсказать поток ГКЛ на любой заданный вперёд период времени.
Гораздо сложнее обстоят дела с СКЛ. Солнечные вспышки возникают случайным образом и даже не очевидно, что мощные солнечные события возникают в годы, обязательно близкие к максимуму активности. По крайней мере, опыт последних лет показывает, что они происходят и во времена затихшего светила.
Протоны солнечных вспышек несут реальную угрозу космическим экипажам дальних миссий. Взяв вновь в качестве примера вспышку августа 1972 г., можно показать, пересчитав потоки солнечных протонов в дозу радиации, что через 10 часов после начала события, она превысила летальное значение для экипажа космического корабля, если бы он оказался вне корабля на Марсе или, скажем, на Луне.
Здесь уместно вспомнить полёты американскго “Apollo” к Луне в конце 60-х – начале 70-х. В 1972 г., в августе, была такая же по мощности вспышка на Солнце, как и в октябре 1989 г. “Apollo-16” приземлился после своего лунного путешествия в апреле 1972 г., а следующий – “Apollo-17” стартовал в декабре. Повезло экипажу “Apollo-16”? Безусловно, да. Расчёты показывают, будь астронавты “Apollo” в августе 1972 г. на Луне, они бы подверглись облучению с дозой радиации в
4 Зв. Это – очень много, чтобы спастись. Если… если быстро не возвратиться на Землю для экстренного лечения. Другой вариант – перейти в кабину лунного модуля “Apollo”. Здесь доза радиации уменьшилась бы в 10 раз. Для сравнения скажем, что защита МКС в 3 раза толще, чем лунного модуля “Apollo”.
На высотах орбитальных станций (
400 км) дозы радиации превышают величины, наблюдающиеся на поверхности Земли, в
200 раз! В основном за счёт частиц радиационных поясов.
Известно, что некоторые трассы межконтинентальных самолётов проходят вблизи северной полярной области. Эта область наименее защищена от вторжения энергичных частиц и поэтому во время солнечных вспышек опасность радиационного облучения экипажа и пассажиров возрастает. Солнечные вспышки увеличивают дозы радиации на высотах полётов самолётов в 20-30 раз.
Землю от космического излучения защищают атмосфера и магнитное поле. На орбите радиационный фон в сотни раз больше, чем на поверхности Земли. Каждые сутки космонавт получает дозу облучения 0,3—0,8 миллизиверта — примерно в пять раз больше, чем при рентгене грудной клетки. При работе в открытом космосе воздействие радиации оказывается еще на порядок выше. А в моменты мощных солнечных вспышек можно за один день на станции схватить 50-суточную норму. Не дай бог в такое время работать за бортом — за один выход можно выбрать допустимую за всю карьеру дозу, составляющую 1000 миллизивертов. В обычных условиях ее хватило бы года на четыре — столько еще никто не налетал. Причем ущерб здоровью от такого однократного облучения будет значительно выше, чем от растянутого на годы.
И все же низкие околоземные орбиты еще относительно безопасны. Магнитное поле Земли захватывает заряженные частицы солнечного ветра, образуя радиационные пояса. Они имеют форму широкого бублика, окружающего Землю по экватору на высоте от 1000 до 50 000 километров. Максимальная плотность частиц достигается на высотах около 4000 и 16 000 километров. Сколько-нибудь длительная задержка корабля в радиационных поясах представляет серьезную угрозу жизни экипажа. Пересекая их на пути к Луне, американские астронавты за несколько часов рисковали получить дозу 10—20 миллизивертов — как за месяц работы на орбите.
В межпланетных полетах вопрос радиационной защиты экипажа стоит еще острее. Земля экранирует половину жестких космических лучей, а ее магнитосфера почти полностью задерживает поток солнечного ветра. В открытом космосе без дополнительных мер защиты облучение вырастет на порядок. Иногда обсуждается идея отклонять космические частицы сильными магнитными полями, однако на практике ничего, кроме экранирования, пока не отработано. Частицы космического излучения неплохо поглощаются ракетным топливом, что наводит на мысль использовать полные баки как защиту от опасной радиации.
Какая радиация в космосе в рентгенах
Проблеме защиты космонавтов от радиации уделяют достаточно много внимания. Во время полета на самом обычном самолете на высоте всего 10-12 километров ее уровень поднимается в десять раз. Представляете?! Что уж говорить про МКС! Там приходится применять специальные средства защиты.
Большинство космических экспедиций работают на орбите сейчас в среднем по полгода. Ребята в течение всего полета обязаны носить индивидуальный дозиметр. Все время пребывания на станции этот прибор накапливает радиацию, какую они получают. И после приземления специалисты определяют эту самую дозу. Существует понятие «суммарная максимальная доза». И насколько знаю, за среднестатистический полет она составляет около одной десятой величины, которую может получить космонавт за всю свою карьеру.
Кроме индивидуальных дозиметров, которые космонавты всегда носят при себе, на МКС существует и еще один (он называется «Пилле-МКС») — его используют, когда выходят в открытый космос. Перед каждым выходом показания «Пилле-МКС» обнуляются. А как иначе определить дозу радиации, полученную за время работы в открытом космосе? К слову, дозу радиации, получаемую космонавтами при вспышках на Солнце, определяют с помощью этого же метода.
Эксперимент «Матрешка-Р», который уже несколько лет проводится на МКС, изучает влияние радиации на внутренние органы человека. Олег участвовал в нем и во втором полете, и сейчас участвует. В эксперименте используется шарообразный фантом человека. Эта математическая модель, описывающая наши с вами тела, просчитана российскими учеными.
Многолетние исследования показали, что разные органы получают неодинаковые дозы радиации во время полета. И зависит это прежде всего от того, насколько глубоко расположен орган. Получается, радиация уменьшается от поверхности кожи человека к внутренним органам. Кроме того, получены данные о том, что по мере удаления от обшивки внутрь модулей станции уровень радиации также уменьшается в несколько раз.
Конечно, средства защиты от нее на МКС существуют. Одно из них называется «шторка защитная» и установлено в каюте. Эта шторка представляет собой сборку, внутри которой установлены. салфетки. Не ожидали? Те самые влажные салфетки, которые используются ребятами как средства личной гигиены. Я была сильно удивлена, когда узнала об этом. Оказывается, упаковка и пропитка изготовлены из материалов, содержащих молекулы углерода, азота и водорода, которые эффективно ослабляют космическую радиацию.
Наши ученые уверены, что подобная шторка в состоянии снизить негативное воздействие радиации на здоровье космонавтов. Эффективность поглощения радиации составляет почти 40 процентов. Причем максимальное поглощение достигается в центре шторки, а по направлению к краям уменьшается.
Кстати, Антон Шкаплеров, который в октябре должен прилететь на МКС менять Олега, будет тестировать на орбите новую защиту от радиации. Это материал из композитных полимеров, точнее, углеродный композит. Он уже прошел проверку на Земле на атомных подводных лодках.
Вполне возможно, во время эксперимента образцы будут размещать не только внутри, но и снаружи МКС. Насколько знаю, в дальнейшем его планируется использовать для изготовления одежды для космонавтов и обивки кают на станции, а также для перспективного пилотируемого корабля «Орел».
Когда мы задумываемся о полетах на Марс, то главной из нерешенных проблем, по словам Шкаплерова, остается «преодоление радиационных поясов». Если не найти способа защитить космонавта от радиации, он просто погибнет. Именно данный эксперимент по испытанию свойств нового материала призван помочь приблизиться к решению этой сложной проблемы.
А недавно сотрудники Института медико-биологических проблем обратили пристальное внимание на еще один фактор, который в межпланетных полетах может оказать вредное воздействие на человека, — отсутствие магнитного поля (гипомагнетизм). Мы с вами постоянно живем в почти не замечаемом нами земном магнитном поле. Оно немного меняется от экватора к полюсам или во время магнитных бурь, процентов на 5–10, не больше. Но некоторые люди реагируют и на эти незначительные колебания. В межпланетном же пространстве магнитное поле в 20–30 тысяч раз меньше, чем на Земле. Представляете?! Кстати, на МКС оно почти такое же, как на нашей планете.
Да, совсем забыла. На МКС есть еще и система радиационного контроля. Ее компоненты размещены и в рабочем отсеке, и в каютах космонавтов. Работает она круглосуточно, а вся информация поступает в ЦУП. Поэтому специалисты на Земле всегда в курсе того, какая радиационная обстановка на МКС. Эта система может выдать предупреждающий сигнал: «Проверь радиацию!» Если подобное произойдет, на пульте сигнализации систем космонавты увидят, как загорится соответствующая надпись, и услышат звуковой сигнал. К счастью, за все время эксплуатации МКС такого (тьфу-тьфу-тьфу) не было. И дай Бог, чтобы и впредь все было штатно!