Новое исследование физиков поможет защитить экипажи космических аппаратов в полетах на Луну и Марс

Исследователи из Соединенных Штатов и Южной Кореи изобрели новую систему предупреждения о так называемых «солнечных штормах» - опасных и, к сожалению, весьма частых для нашей планетарной системы явлениях. Улучшенная система способна предсказывать приближение к земле проникающего солнечного излучения почти за три часа до начала его фактического воздействия на околоземные объекты. Теперь астронавты и космонавты, а кроме того, экипажи самолетов, осуществляющих полеты в приполярных областях, будут иметь достаточно часто времени, чтобы принять защитные меры.

Ученые-физики из Университета в Делавэре (the University of Delaware), а также из Национального Университета Чунг-Нам (Chungnam National University) и Университета Ханянг (Hanyang University) на днях сообщили о своем изобретении в журнале Space Weather: The International Journal of Research and Applications, издаваемом Американским Геофизическим Союзом.

Профессор Джон Бибьер (John Bieber) из Исследовательского института им. Генри Бартола (Bartol Research Institute), подразделения Факультета Физики и Астрономии, Университета в Делавэре руководил научным проектом, а главным автором публикации стал Су Ён Оу (Su Yeon Oh), исследователь из Национального Университета Чунг-Нам, тесно сотрудничавший с Бибьером.

Вспышка на Солнце, сопровождающаяся выбросом солнечного вещества в космическое пространство

«Частицам, испускаемым Солнцем во время солнечного шторма, требуется всего лишь десять минут, для того чтобы достигнуть нашей планеты, поскольку эти частицы перемещаются со скоростью света», - объясняет Бибьер. Площадь зоны солнечных штормов может занимать тысячи квадратных миль – практически, как область поражения водородной бомбы.

Ученые использовали в своей работе данные, собранные двумя нейтронными детекторами, установленными когда-то на Южном Полюсе сотрудниками Университета в Делавэре. Эта информация помогла им определить интенсивность высокоэнергетичных быстро движущихся заряженных частиц, которые прибывают на Землю в результате солнечного шторма. Такие частицы «переносят» энергию, равную 500 Мегаэлектрон-Вольт (MeV), или 500 миллионов Электрон-Вольт. Изучая свойства этих, прибывающих первыми частиц, исследователи могут делать важные  прогнозы в отношении других, медленно движущихся и гораздо более опасных частиц, следующих за своими более быстрыми «собратьями».

Земля - за исключением полярных областей - защищена от опасного солнечного излучения своим магнитным полем

«Эти медленные частицы более опасны потому, что их всегда оказывается очень много. Вот в чем заключается угроза», - продолжает Бибьер.

Когда самые первые, положительно заряженные частицы, ил протоны, сталкиваются с молекулами воздуха в земной атмосфере, они распадаются на мелкие «кусочки», которые впоследствии обрушиваются на другие молекулы. В результате этого каскадного процесса высвобождаются  нейтроны – частицы с нейтральным зарядом.

Исследуя нейтроны, появляющиеся в атмосфере благодаря подобным солнечным событиям и улавливаемые нейтронными детекторами на Южном Полюсе, ученые рассчитали энергию прибывших первыми протонов и, исходя из полученных данных, смогли оценить энергию и интенсивность потоков более медленных и опасных частиц.

Авторы сравнили свои прогнозы, касавшиеся двенадцати солнечных событий, с наблюдениями, произведенными геосинхронными спутниками, и удостоверились в том, что данные расчетов для протонов с энергией от 40 до 80 Мэгаэлектрон-Вольт совпадают с информацией от спутников.

Солнечная радиация оказывает разрушительное воздействие на ДНК биологических организмов

В зависимости от энергии протонов, новая система предоставляет до 166 минут времени для принятия решений о защитных действиях. По словам Бибьера, этого времени должно хватить для того, чтобы в будущих дальних полетах экипажи космических аппаратов успевали спрятаться в специальных экранированных отсеках, а пилоты, пролетающие над полярными регионами, получали возможность снизить высоту.

Как велик риск? Сейчас на Солнце наступает период наиболее высокой, то есть пиковой активности, повторяющийся каждые 11 лет. Солнечные штормы, вспышки и выбросы вещества из области солнечной короны, несут угрозу и для электронных систем на Земле.

«Если вы пролетаете на самолете где-нибудь в районе полюсов, то вы подвергаетесь воздействию радиации, сравнимому с облучением во время процедур рентгеновской диагностики – которые вы не планировали делать», - отмечает Бибьер. «А если же вы – космонавт, совершающий перелет на Луну или Марс, то солнечное излучение становится куда более серьезной проблемой. Смертельно опасной!»

Специалистам, проектирующим будущие космические станции для Луны и Марса, необходимо уже сейчас предусмотреть эффективные защитные меры против космического излучения

«За последние годы множество людей побывало на сравнительно низкой земной орбите,   но если мы решим вернуться на Луну или послать человека на Марс, нам уже сейчас нужно задуматься об этой космической опасности», - предостерегает Бибьер.

Судя по всему, астронавтам из программы Apollo очень повезло. «Каким-то чудом запуски пилотируемых аппаратов на Луну пришлись на периоды между крупными солнечными вспышками, которые в противном случае представляли бы смертельную угрозу для жизни астронавтов», - отмечает Бибьер.

Исследование, в котором также принимали участие Джон Клем (John Clem), Пол Эверсон (Paul Evenson) и Роджер Пайл (Roger Pyle) из Университета в Делавэре, Ю И (Yu Yi) из Университета Чунгнам, а также Йонг-Кьюн Ким (Yong-Kyun Kim) из Университета Ханянг, спонсировалось южнокорейским правительством  через Национальный Исследовательский Фонд Южной Кореи, Национальным Научным Фондом США, NASA и в рамках программы EPSCoR The Experimental Program to Stimulate Competitive Research.