В космонавтике вновь активизировались обсуждения и планирование полетов на Марс. Подготовка к ним требует серьезного подхода, поскольку путешествие туда и обратно может занять около 500 дней, а воздействие радиации от космических лучей и солнечного ветра не может быть предотвращено за это время. Кроме того, на Солнце непредсказуемо возникают вспышки и коронарные выбросы, от которых необходимо будет защищать будущих участников космических экспедиций. Чтобы своевременно предупреждать марсонавтов, группа физиков создала систему прогнозирования предстоящих протонных событий.
Несмотря на видимую пустоту, космос содержит множество элементарных частиц, движущихся в пространстве с высокой энергией. Эта космическая радиация, а также поток заряженных частиц, исходящих от Солнца, представляют собой значительную опасность для перспективных космических экспедиций.
Например, американская космонавтика ставит перед собой амбициозные цели, в частности, освоение Марса, однако эта планета не имеет защиты от космических лучей. Недавние лабораторные исследования продемонстрировали, что органические соединения на поверхности Красной планеты разрушаются значительно быстрее, в десятки раз, под воздействием космического излучения рассказывал Naked Science.
Актуальные нормы эффективной дозы облучения астронавтов за всю карьеру составляют 600 миллизиверт. Для сравнения, круиз на Марс и обратно обеспечит дозу радиации в 930 миллизиверт (острая лучевая болезнь возникает, напомним, при облучении в 1000 миллизиверт). И это не учитывая облучения во время работы на поверхности планеты.
Существует несколько способов уменьшить воздействие космического излучения. Марсианские базы можно возводить в кратерах, под скальными образованиями и в других местах с учетом особенностей рельефа — порода снижает воздействие радиации на 4-7%. Другой подход — модернизировать экранирование в космических аппаратах и скафандрах.
Непредсказуемость космических явлений создает трудности в планировании. Несмотря на то, что краткосрочные прогнозы солнечных протонных событий (потоков ионов и протонов, возникающих при вспышках на Солнце) разрабатываются, они не всегда точны для околоземного пространства и системы Земля — Луна. Марсианским путешественникам, то есть марсонавтам, необходим иной тип прогноза.
Группа физиков из Германии, США и Китая разработала новую систему оповещения и определила, на какое расстояние от укрытия сможет удалиться марсианский исследователь, чтобы вовремя избежать внезапного потока. Результаты научной работы опубликовал журнал Space Weather.
Анализ данных, полученных с детектора марсохода Curiosity, был проведен на основе информации, собранной с 6 декабря 2011 года (радиация открытого космоса, период полета к Марсу) и с 6 августа 2012 года (радиация, зарегистрированная на Марсе после посадки аппарата). За указанный период времени было зафиксировано пять космических и семнадцать марсианских событий.
Физики скорректировали фоновое излучение в соответствии с установленным стандартом и определяли как солнечные протонные события те, которые на 25% превышали фоновый уровень. Таким образом, при увеличении активности срабатывает предупреждение. Подобным же образом, когда уровень радиации опускается ниже заданного значения, марсонавту будет сообщено о возможности выхода из убежища.
Как долго человек способен пережить протонное событие? Ученые отмечают, что стратегия, основанная на пороговом значении в 25%, позволяет защитить марсонавтов от 90% радиационной дозы во время вспышек.
Согласно результатам анализа зафиксированных событий, наибольшее время, в течение которого астронавт мог бы выжить в открытом космосе, составило 7 марта 2012 года (три дня семь часов 33 минуты), а на поверхности Марса – 20 мая 2024 года (один день 17 часов 55 минут). Если брать средние показатели, то открытое пространство также представляло собой более рискованную среду: 18 часов и 18 минут по сравнению с 21 часом на Марсе.
В статье авторы указали, что их прогнозы позволяют марсоходам двигаться на расстояние, которое они смогут преодолеть не более чем за тридцать минут. Несмотря на то, что в некоторых случаях это время может составлять час или полтора, предсказать мощность и пик активности всё же не представляется возможным.
Оценить надежность системы оповещения удалось благодаря физическим испытаниям, в ходе которых сравнивали количество ложных срабатываний при различных уровнях радиации – от 5% до 30%. Так, в условиях открытого космоса, система выдавала предупреждение при превышении порога на 9%, если результат проверялся спустя 15 минут – время, которое астронавту приходится тратить на подготовку).
На Марсе оптимальным оказалось значение в 25%, при котором вероятность ошибочного срабатывания также составляет 25%. Однако при работе на другой планете лучше проявлять излишнюю осторожность. Тем не менее, ученые допускают возможность снижения пороговых значений радиации в открытом космосе и на Марсе до 15% и 18% соответственно. Но в этом случае количество ошибочных срабатываний может увеличиться на 8%, что эквивалентно трети всех предупреждений.