Китайский лунный аппарат «Чанъэ-4», размещённый на обратной стороне Луны, зафиксировал необычную «полость» в потоке галактических космических лучей, проходящих между Землёй и её спутником. Данный феномен возникает из-за определённого расположения двух небесных тел, что вызывает сомнения в общепринятой точке зрения о равномерном распределении космической радиации в Солнечной системе.
Непрерывный и ориентированный поток галактических космических лучей, проникающих в Солнечную систему из межзвёздного пространства, может оказаться не столь однородным, как предполагалось. Выявленная область с пониженной интенсивностью частиц указывает на неравномерное распределение этих лучей, что потенциально расширяет перспективы для освоения космоса. Изучение этого явления может способствовать уменьшению радиационной угрозы, исходящей от заряженных частиц, в особенности для космонавтов и пилотов, выполняющих полёты на большой высоте.
Космическое пространство пронизано энергичными частицами, выбрасываемыми в ходе разнообразных явлений, например, взрывов сверхновых и остатков сверхновых. Эти лучи в основном состоят из протонов, небольшого количества ядер гелия и незначительной доли более тяжелых атомных ядер, и их считают широко распространенными. Галактические космические лучи являются видом ионизирующего излучения, которое может приводить к повреждению ДНК и повышать вероятность развития онкологических заболеваний. К счастью, в большинстве случаев они поглощаются атмосферой Земли и не достигают её поверхности, хотя и представляют серьезную опасность для астронавтов.
Интенсивность потока галактических космических лучей подвержена изменениям, связанным с деятельностью Солнца: в периоды солнечного максимума она заметно снижается, так как возросший солнечный ветер и магнитная активность отводят значительную часть частиц. Согласно свежему анализу, проведенному международной командой ученых, препятствовать проникновению этих лучей может не только Солнце, но и магнитное поле Земли, хотя Солнце и продолжает оказывать на этот процесс косвенное влияние.
С 2019 года аппарат «Чанъэ-4» проводит наблюдения, используя прибор Lunar Lander Neutron and Dosimetry для отслеживания протонов. Работа осуществляется только в лунный день, поскольку в ночное время модуль не функционирует из-за сильных перепадов температур. Тем не менее, именно дневная активность дала прекрасную возможность для оценки воздействия магнитного поля Земли. Анализ данных, собранных за 31 лунный цикл, позволил выявить изменения в потоке протонов, связанные с движением Луны вокруг Земли.
Анализ показал, что на определенном участке лунной орбиты, в частности, в секторе, предшествующем местному полудню относительно Солнца, поток протонов снижается примерно на 20 процентов по сравнению с другими участками орбиты. Специалисты считают, что это может быть обусловлено выравниванием межпланетного магнитного поля, которое является частью магнитного поля Солнца и простирается на значительные расстояния в космосе. В процессе вращения Солнца его магнитное поле формирует спиралевидную структуру, именуемую спиралью Паркера, и при определенной конфигурации этой спирали в системе Земля-Луна возникает область с пониженной интенсивностью космических лучей.
Обычно движение заряженных частиц в магнитном поле имеет форму винтовой спирали, ориентированной вдоль силовых линий. В ситуациях, когда Луна располагается в предполуденном секторе и условия соответствуют спирали Паркера, межпланетные линии магнитного поля могут формироваться таким образом, что соединяют Луну с областью интенсивного магнитного поля Земли. В результате, на движение частиц, в частности протонов, являющихся предметом данного исследования, оказывает воздействие мощное магнитное поле нашей планеты. Иными словами, межпланетные линии магнитного поля, простирающиеся в космическом пространстве, при определенной ориентации наклоняются к Земле и пересекаются с ее магнитным полем, формируя своего рода «тень» для галактических космических лучей. Прохождение Луны через эту тень занимает приблизительно два дня, и «Чанъэ-4» фиксирует уменьшение потока протонов.
Ученые подчеркивают, что данное открытие может предоставить метод уменьшения воздействия радиации на космонавтов. Оно открывает возможность разработки стратегии для планирования космических миссий, в особенности пилотируемых полетов на Луну и выходов за пределы космического корабля, поскольку операции можно будет проводить в периоды сниженной радиационной активности, что позволит уменьшить вероятность облучения. Дальнейшие исследования с использованием более полных данных помогут уточнить размеры и особенности поведения этой полости, что позволит лучше понять потенциальные способы радиационной защиты не только для системы Земля-Луна, но и для миссий вблизи других магнитосферных объектов в Солнечной системе.
Результаты этого были опубликованы в журнале Science Advances.