Радиоактивная Вселенная: опасно ли лететь на Марс?

26 ноября в Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова прошло юбилейное заседание Лектория МГУ. Директор НИИ ядерной физики им. Д.В. Скобельцына МГУ, заведующий кафедрой физики космоса физфака МГУ, вице-президент Комитета по космическим исследованиям (COSPAR), профессор Михаил Игоревич Панасюк прочел лекцию «Радиоактивная Вселенная: опасно ли лететь на Марс?».

С приветственным словом выступил ректор МГУ Виктор Антонович Садовничий.

«Мы открываем юбилейное заседание Лектория МГУ. Ровно двадцать лет назад, 7 апреля 1999 года в этой аудитории прошла первая лекция. На ней присутствовали академики В.Б. Брагинский, Л.Б. Окунь, В.П. Скулачев, А.С. Спирин, В.Е. Хаин, М.О. Чудакова. Идея Лектория — рассказывать о науке широкой публике. За это время прошли 119 заседаний, сегодня — 120-ое, и 30000 человек посетило Лекторий. Это хорошая страница в истории Московского университета».

Директор Института физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ Владимир Петрович Скулачев обратился к слушателям Лектория. Академик отметил, что Лекторий – это историческое событие.

«Я предложил Виктору Антоновичу идею создания Лектория. Специфика МГУ в том, что идеи поддерживают на самом высоком уровне управления Университетом. И это случилось, возник Лекторий. Спустя 10 лет мы получили фотографию конца 19 века из музея Современной истории России. На ней изображено собрание Лектория МГУ в конце 19 века. И в первом ряду Лев Николаевич Толстой внимательно слушает лектора. Мы храним вековые традиции Университета».

 «Для меня это тоже событие. Более полувека назад я поступил в МГУ. Первая моя лекция проходила в этой аудитории. Студентом я сидел за партами, а на моем месте читал лекцию преподаватель» - отметил М.И. Панасюк.

Открытие радиоактивности

В XIX веке Анри Беккерель открыл радиоактивность. В том же веке изобрели маленький прибор — электроскоп, который измерял радиоактивность. И именно тогда, в XIX веке люди поняли, что Земля радиоактивна.

Выдающийся ученый Виктор Гесс провел эксперимент, в ходе которого определил, что с увеличением высоты мощность радиации возрастала. Ученый предположил, что причина тому — космическое излучение. Через 15 лет физик получил Нобелевскую премию за эту догадку.

Космические лучи

«Через сто лет стало ясно, что космические лучи рождаются в нашей галактике. Они могут прилетать из других галактик — это внегалактические комические лучи. Представляют ли они какую либо опасность? Они разгоняются во Вселенной до огромных скоростей. Но большая часть космических лучей не достигает поверхности Земли».  

Первыми учеными, которые попытались зарегистрировать космические лучи за пределами атмосферы, были российский и советский физик С.Н. Вернов и американский астрофизик Джеймс Ван Аллен. Немецкие ракеты ФАУ-2 и советские Р-1 были на службе астрофизики.

Начало космической эры

Эпоха освоения космоса началась в 1957 году. С.Н. Вернов продолжил свои эксперименты в МГУ. На втором искусственном спутнике Земли ученый поместил детектор космических лучей. Измерить характеристики лучей физику не удалось. Но С.Н. Вернов и Джеймс Ван Аллен открыли новое неожиданное явление в космическом пространстве — радиационные пояса Земли. Это частицы огромных энергий, захваченные магнитным полем Земли. Радиационные пояса состоят из внутреннего (Explorer 1-3) и внешнего РПЗ (Спутник 3).   

Представляет ли опасность радиационные пояса Земли?

«Существует ли опасность для МКС? Магнитное поле Земли  — дипольное. Источник магнитного поля Земли сдвинут относительно центра нашей планеты. В результате чего существует гигантская магнитная аномалия — Южно-Атлантическая. В этой области радиация повышенная, потоки частиц опускаются низко над Землей из-за ослабления магнитного поля. С течением Солнечного цикла потоки радиации в этой области меняются, поэтому она опасна с точки зрения обеспечения радиационной безопасности полета.

Когда МКС летит над Южной Атлантикой, в этой зоне в результате ослабления поля траектория частиц опускается низко над Землей. И станция в этой области задевает пояса радиации».

Для планеты и космических миссий очень важно прогнозирование изменения Солнечной активности

«Происходят Солнечные вспышки, потоки плазмы врываются из Солнечной атмосферы и достигают Землю. Магнитное поле нашей планеты защищает  от воздействий, но плазменные потоки приводят к изменению радиационной обстановки вокруг Земли. Это тоже необходимо учитывать при космических экспериментах».  

Космические аппараты летают в космосе. Они одновременно подвергаются воздействию всех трех компонентов космической радиации с разными характеристиками и составом. Смоделировать эти условия невозможно.   

Вторичная радиация

Галактические космические лучи в основном — протоны. Эти частицы попадают в обшивку космического аппарата. В результате ядерных реакций они рождают нейтроны. Доля нейтронной дозы от общего числа достигает опасные 10%.

С увеличением массы космического аппарата вторичное нейтронное излучение многократно возрастает.

Дозовые нагрузки в космосе

Таким образом, Южно-Атлантическая аномалия, галактические космические лучи и вторичное излучение — причина дозы 220 мЗв/год на МКС.

Воздействие ТЗЧ/ГКЛ на центральную нервную систему (ускорительные эксперименты)

При полете к Марсу 2-3% нейронов будут подвержены воздействию ионов железа ГКЛ. Каждое ядро нейрона будет пересекаться с протоном в течение 3-х суток и ионом гелия каждые 30 дней.

Тяжелое ядро, попадая в такую структуру с помощью образования свободных радикалов, приводит и к нарушению ДНК.

Исследование эффектов облучения протонами высокой энергии и иона на когнитивные функции обезьян

Один из самых последних экспериментов в этой области провели российские ученые. Анализ динамики когнитивных процессов у обезьян показал, что после облучения протонами нет их заметных нарушений. Облучение ионами углерода приводит к снижению когнитивных функций. В то же время обезьяна с сильным уравновешенным типом ВНД оказалось устойчива к обоим видам излучений.

Последствия воздействия тяжелых заряженных частиц

В результате возникают раковые заболевания, образуются генные и структурные мутации, нарушаются зрительные функции и функции ЦНС.

Важно пересмотреть отношение к стандартным оценкам радиационного риска.

Нужно человеку лететь на Марс?

«Использование человека в космических исследованиях должно быть минимизировано, поскольку уровень развития роботизации в космическом пространстве высок».

Возможно ли создать эффективную радиационную защиту?

«Нет! Энергии частиц галактических космических лучей слишком велика».

Может ли человек выдержать путешествие на Марс?

«Для принятия решения необходимо оценить радиационный риск: провести дополнительные исследования, совершить технологические прорывы и изучение/оценку, учитывать индивидуальные особенности организма».

Как минимизировать риск от воздействия ГКЛ и СКЛ?

«Планирование космических миссий. Время — наилучшая защита от радиации при длительных космических полетах».

Во время путешествия на Марс в течение года космонавт получит бо̀льшую дозу радиации, чем в период преодоления такого же расстояния за месяц. Будущее за созданием космических аппаратов с бо̀льшими скоростями. Важно быстро пролететь радиационно опасные расстояния.

Последние новости из межзвездного пространства

«Когда-то человек все-таки полетит к звезде Альфа Центавра. Что же за пределами нашей Солнечной системы? Два американских Voyager уже пересекли эту границу. Как только космические аппараты прошли сквозь нее, поток галактических космических лучей резко возрос. Это значит, что если когда-нибудь человек окажется в межзвездной среде, он встретится с еще большей радиационной опасностью, чем внутри Солнечной системы».