На самом деле бури на Солнце привели к тому, что на борту Международной космической станции (МКС) уровень радиации заметно снизился. "Экипаж МКС получал приблизительно на 30% меньше космического излучения, чем обычно, - сообщил Фрэнк Кацинотта (Frank Cucinotta), глава радиационной службы NASA из Космического центра имени Джонсона (Johnson Space Center). Бури фактически улучшили радиационную обстановку на станции".
Ученые давно уже знакомы с подобным явлением. Оно носит наименование "эффекта Форбуша" или "форбуш-понижения" ("Forbush decrease") по имени американского физика Скотта Форбуша (Scott E. Forbush), который занимался изучением космических лучей в 1930-х и 1940-х гг. (открыт этот эффект в 1937 году). Когда космические частицы высоких энергий сталкиваются с молекулами верхних слоев земной атмосферы, они порождают обширные ливни вторичных частиц (общепринятый термин для этих каскадных процессов - ШАЛ - широкие атмосферные ливни), которые могут достигать самого дна атмосферного океана - земной поверхности (т.е. они регистрируются даже на уровне моря). Изучая это явление, Форбуш заметил, что вопреки здравому смыслу дозы космической радиации кратковременно снижаются именно во времена пиков солнечной активности.
Объяснить причину этого загадочного явления не так уж и сложно. При взрывах на Солнце, как известно, в окружающее космическое пространство со скоростями, превышающими тысячу километров в секунду, вышвыриваются обширные облака раскаленного ионизированного газа (плазмы) - это так называемые выбросы корональных масс (coronal mass ejections - CMEs). CMEs помимо собственно солнечного вещества содержат также и так называемые "вмороженные" магнитные поля, вырванные из верхних слоев солнечной атмосферы в результате катастрофических "пересоединений" силовых линий и переносимые солнечными корпускулярными потоками (солнечным ветром). Эти магнитные поля обладают способностью отклонять (рассеивать) заряженные частицы, и поэтому когда такой "выброс" проносится мимо Земли, он попросту выметает часть заряженных частиц из состава галактических (то есть приходящих в Солнечную систему извне) космических лучей, которые в противном случае достались бы окрестностям нашей планеты.
Во всех местах Солнечной системы, до которых только в силах "докатиться" солнечный ветер, было зафиксировано подобное рассеяние космических лучей за счет эффекта Форбуша (до 50% в межпланетном пространстве и до 25-30% на поверхности Земли). Данные на этот счет были собраны как на прежней еще российской орбитальной станции "Мир", так и на МКС. А американские автоматические межпланетные станции - "Пионеры" 10 и 11 и "Вояджеры" 1 и 2 - позволили зарегистрировать наличие подобного эффекта даже за пределами орбиты Нептуна.
Один-единственный выброс CME способен подавлять активность космического излучения в течение нескольких недель. Длительные солнечные "капризы" могут "выдавливать" космические лучи из окрестностей Солнца еще эффективнее. "2005 год был на удивление активным годом на Солнце, - говорит Кацинотта. - С января астрономы насчитали 14 мощных солнечных вспышек X-класса и еще большее количество CMEs. В результате экипаж МКС весь год поглощал рекордно малые дозы космической радиации".
Казалось бы, при изложении всей этой истории нами были "счастливо" забыты опасности самих солнечных вспышек, ведь и сами выбросы корональных масс являются источниками смертельной радиации, так как вызывают мощные потоки заряженных частиц - протонов. Солнечные протоны, попавшие на пути к Земле в магнитные "сети" CME, способны ускориться до весьма опасных энергий. Никакой астронавт не захочет столкнуться с роем высокоэнергетических (порядка 100 мегаэлектронвольт) солнечных протонов. Серьезные бури способны вызывать рвоту, беспричинную усталость, в буквальном смысле портить людям кровь. На микроскопическом уровне - это разрушение структуры ДНК, в перспективе раковые опухоли, катаракта и другие болезни. Без медицинской помощи астронавт, страдающий от лучевых болезней, может даже погибнуть...
Однако, как выясняется, лишь очень малая часть солнечных протонов способна проникнуть сквозь даже относительно тонкий корпус космической станции. И внутри МКС люди находятся в полной безопасности, если только не подвергаются воздействию более высокоэнергетической компоненты - галактических космических лучей (порождаемых сверхновыми, пульсарами, черными дырами и т.д.), которые как раз и блокируются "нехорошими" солнечными бурями. В отличие от солнечных протонов, что относительно легко останавливаются обычными материалами вроде алюминия или пластмассы, галактические космические лучи (а также порожденные ими (при взаимодействии с материалом корпуса) вторичные частицы) не могут быть полностью остановлены никакими известными на сегодняшний момент экранирующими средствами.
Теперь данные, полученные при работе на МКС совместно с российскими коллегами, специалисты из NASA намерены использовать при оценках риска радиационного поражения астронавтов в ходе будущих полетов на Марс. Они даже склонны рекомендовать намечать такие экспедиции именно на периоды солнечной активности, пусть это и грозит порой нарушением работоспособности капризной электроники (что доказывают многочисленные неудачи с АМС (например, японскими), столь не вовремя попавшими "под раздачу" и в результате улетевшими в никуда). То есть Солнце может как погубить, так и серьезно помочь путешественникам...
Общеизвестно, что каждые 11 лет солнечная активность достигает своего максимума, а затем снижается. Последний максимум приходился на 2000 год, а следующие ожидаются в 2011 и 2022 гг. В максимум солнечной активности корональные выбросы следуют один за другим едва ли не ежедневно, и солнечный ветер проносит вмороженные в него магнитные поля через всю внутреннюю часть Солнечной системы. И вот эти поля способны обеспечить дополнительной защитой экспедиции на Луну и Марс, понижая потоки космических лучей в биологически опасном энергетическом диапазоне (от 100 до 1000 МэВ) более чем на 30%.
На иллюстрации:
Мониторинг уровня космического излучения (регистрация нейтронов; нейтронный компонент в этом случае, естественно, вторичен, порождается взаимодействием космических лучей с какой-либо мишенью), проводимый специалистами из Москвы. Уровень радиации понизился в начале сентября и оставался пониженным в ходе всего периода повышенной солнечной активности. График с сайта www.yubanet.com
Источник:
Who's Afraid of a Solar Flare? - Science@NASA
Ссылки:
Real-time Cosmic Ray Variations - Moscow Neutron Monitor
Solar Flares Shield Astronauts from Cosmic Rays - Slashdot
Вариации космических лучей - "Астронет" ("Физика космоса")
Космические лучи - это поток заряженных субатомных частиц и атомных ядер высоких энергий (в основном это протоны (90%) и альфа-частицы - ядра гелия (7%)), пронизывающий весь космос. Ударные волны, возникающие в процессах взрывов сверхновых, считаются основным источником этих частиц. В межзвездном магнитном поле с сильно запутанными силовыми линиями движение космических лучей имеет сложный характер, напоминающий диффузию молекул в газе. В результате время утечки космических лучей из Галактики оказывается в тысячи раз большим. чем при прямолинейном движении. Ученые, измеряющие энергию космических лучей, давно обратили внимание на избыток таких лучей в определенном энергетическом диапазоне (речь идет о характерном изломе или "колене" в спектре первичного (т.е. пришедшего непосредственно из космоса в отличие от вторичных КЛ, возникающих за счет столкновений с ядрами атомов земной атмосферы) космического излучения при энергии около 3x1015 эВ, обнаруженном в середине прошлого века советскими физиками). Некоторые исследователи предположили, что этот излишек мог бы давать единственный остаток сверхновой приблизительно в 1000 световых лет от нас, взрыв которой произошел около 100 тысяч лет назад (другое объяснение: частицы с более высокой энергией, число которых очень мало, слабо отклоняются галактическим магнитным полем и покидают Галактику сравнительно быстро - "Физика космоса", М., 1986).
| А также : | Наука Общество Здоровье Технологии Экология |