Магнитное поле Земли не защищает от радиации
Долгое время считалось, что Землю от губительного воздействия космической радиации в основном защищает ее сильное магнитное поле. Но недавно ученые доказали, что это не так — нашим основным «антирадиационным» щитом является атмосфера. Таким образом, оказалось, что зарождение жизни возможно и на экзопланетах, которые не обладают магнитосферой.
Магнитосфера защищает Землю от космического излучения?
Традиционно считается, что именно магнитосфера спасает жизнь на нашей планете от воздействия губительного космического излучения. Исходя из этого, ученые, обсуждая возможность возникновения жизни на других планетах, придерживаются «магнитосферного» критерия обитаемости — если магнитное поле у планеты развито слабо, то это небесное тело попадает в категорию необитаемых, даже несмотря на наличие всех других условий, благоприятных для биологической эволюции.
Таким образом, в списке потенциально необитаемых к сегодняшнему дню оказалось достаточно много экзопланет, расположенных возле звезд, относящихся к красным карликам.
Жизни не может быть на планетах рядом с красными карликами?
Тут дело все в том, что если планета находится в зоне обитаемости красного карлика, то она, по определению, не может обладать сильной магнитосферой. Вышеупомянутая зона обитаемости в такой системе находится настолько близко от звезды, что попавшая в нее экзопланета будет постоянно подвергаться приливному гравитационному захвату со стороны светила, и этот фактор вкупе с другими приводит к тому, что у нее может появиться в лучшем случае лишь очень слабое магнитное поле. Но если это действительно так, то получается, что большинство экзопланет во Вселенной должны быть совершенно безжизненными — ведь эти небесные тела встречаются чаще всего возле красных карликов, которые являются самыми широко распространенными звездами.
С другой стороны, предположение о том, что именно магнитосфера спасает земную жизнь от космической радиации, является пока совершенно не доказанным, то есть оно грешит излишней «теоретичностью».
В то же время есть факты, которые заставляют усомниться в справедливости данной гипотезы — например, недавно ученые из Гельмгольцовской ассоциации германских исследовательских центров (ФРГ) выяснили, что в последний раз магнитные полюса Земли менялись местами не 780, а лишь 41 тыс. лет назад, то есть при жизни нашего биологического вида.
Однако тогдашняя флора и фауна нашей планеты, не говоря уж о роде человеческом, никак не отреагировали на то, что магнитосфера в это время предельно ослабла, ведь при смене полюсов мощность магнитного поля падает как минимум в двадцать раз. И тем не менее, существование в течение 250 лет при сверхслабом магнитном поле не привело к массовым вымираниям земных живых существ от губящего космического излучения.
Выходит, что магнитосфера вовсе не является самым мощным защитным экраном, спасающим все живое на нашей планете от смертоносной космической радиации?
Для того, чтобы выяснить это, сотрудник Института Земли (США) доктор Димитра Атри решил построить модель, учитывающую уровень радиации на поверхности Земли, Марса и планет с параметрами атмосферы и магнитного поля, которые являются промежуточными между этими двумя телами.
Причем Марс был включен в эту модель не случайно — наш сосед обладает очень неустойчивым магнитным полем, а его атмосфера во много раз разреженнее, чем на Земле. Именно поэтому уровень радиации космических лучей на Красной планете представляет серьезную угрозу для существования там многих живых существ, в том числе, и нас с вами.
Результаты такого моделирования получились весьма неожиданными. Как говорит сам доктор Атри:
«выяснилось, что толщина атмосферы — куда более важный фактор для определения дозы радиации, получаемой планетой, по сравнению с магнитным полем. То есть если вы возьмете Землю и полностью уберете ее магнитное поле, то уровень радиации… вырастет всего-навсего вдвое. Это, конечно же много, но такой эффект тем не менее будет мал и не окажет на живые существа никакого влияния. Проще говоря, они его совсем не заметят».
Если истощится атмосфера Земли, доза радиации вырастет в 1 600 раз
В то же время, сообщает ученый, если наоборот оставить у Земли ее весьма мощное магнитное поле таким, какое оно в норме и есть, а вместо этого начать уменьшать толщину атмосферы, то уже при одной десятой от нынешнего значения доза радиации, получаемая нами, вырастет в 1 600 раз! Причем, согласно данным модели, этот эффект практически не связан с тем, из каких газов состоит атмосфера — если, например, заменить в нашей атмосфере азот на углекислый газ (который является доминирующим в воздушной оболочке Венеры), то эффективность проникновения космических лучей изменится не более чем на несколько процентов. Интересно, кстати, что похоже на вышеупомянутой Венере поверхность планеты защищает от космической радиации именно ее сверхплотная атмосфера, поскольку магнитное поле второй от Солнца планеты не намного сильнее такового на Марсе.
Таким образом, можно смело утверждать, что магнитосфера не является главным и самым мощным щитом планеты против космической радиации.
Жизнь на экзопланетах рядом с красными карликами возможна
Соответственно, теперь можно смело вносить в список потенциально обитаемых экзопланет те, которые находятся недалеко от красных карликов — развитию жизни на них если что и может помешать, то точно не слабость магнитного поля. Впрочем, тут может быть еще одно «но» — не исключено, что сильная магнитосфера необходима для существования на планете больших водоемов.
Как Венера потеряла свои водоемы?
Например, принятая сегодня большинством ученых реконструкция истории Венеры говорит о том, что именно из-за отсутствия магнитного поля планета потеряла свою воду. Произошло это так — после фотолиза живительной влаги, то есть разложения ее на кислород и водород под действием интенсивного солнечного света (ведь Венера находится ближе к светилу, чем Земля) солнечный ветер «вынес» оба этих элемента из атмосферы нашей соседки, а слабое магнитное поле не смогло этому воспрепятствовать. Возникает вопрос — а не может ли произойти подобное на экзопланетах красных карликов, ведь часто они «придвинуты» к своим звездам на еще более близкое расстояние?
Однако многие ученые считают, что подобный сценарий развития не подходит для таких экзопланет, потому что,
- во-первых, чтобы это произошло, планета должна находиться в системе с сильным звёздным ветром, а большинство красных карликов таковой не испускают.
- Ну и, во-вторых, для того, чтобы события развивались именно таким образом, центральная звезда должна давать много света в ультрафиолетовой части спектра — в противном случае фотолиз водяных паров в верхних слоях атмосферы планеты будет слишком медленным для того, чтобы лишить экзопланету ее водных запасов.
А красные карлики генерируют очень мало ультрафиолетового излучения. Так что, похоже, и в этом случае слабая магнитосфера не будет препятствовать развитию жизни на подобных небесных телах…
Добавьте «Правду.Ру» в свои источники в Яндекс.Новости или News.Google, либо Яндекс.Дзен
Быстрые новости в Telegram-канале Правды.Ру. Не забудьте подписаться, чтоб быть в курсе событий.
Источник
Чем опасна космическая радиация для человека?
Все мы смелые, пока мы дома. Человек нередко считает себя не только хозяином Земли, но и ошибочно полагает, что вся Вселенная сотворена исключительно для людской расы. Однако на пути к звёздам нас поджидает множество смертельных опасностей, и, уже покинув пределы родной планеты, человек начинает осознавать, как он хрупок сам, как мимолётна его жизнь и как он сильно зависит от своего дома – Земли. Самая, пожалуй, главная опасность, которая поджидает космических странников – радиация.
Космическая радиация бывает нескольких видов, и все они губительны для живого: два основных её «представителя» — солнечная радиация и галактическая. Солнечная радиация, в свою очередь, делится ещё на два вида – это солнечный ветер, представляющий поток заряженных частиц, исходящий от верхнего слоя нашей звезды – солнечной короны, а второй вид – солнечные космические лучи – более мощный вид излучения, который рождается во время мощных вспышек на Солнце.
Даже вокруг Земли небезопасно: рядом с нашей планетой есть радиационные пояса – это область магнитосферы, в которой накапливаются и удерживаются проникшие в атмосферу высокоэнергичные заряженные частицы (в основном протоны и электроны). Иногда радиационный пояс вокруг Земли называют радиационным поясом Ван Аллена в честь американского астрофизика, который его и открыл.
Радиационный пояс в первом приближении представляет собой поверхность вращения, в которой выделяются две области:
1. внутренний радиационный пояс на высоте ≈ 4000 км, состоящий преимущественно из протонов с энергией в десятки МэВ;
2. внешний радиационный пояс на высоте ≈ 17 000 км, состоящий преимущественно из электронов с энергией в десятки кэВ.
МКС летает вокруг Земли на высоте примерно равной 400 км. Если бы она поднялась выше, то она бы попала во внутренний протонно-радиационный пояс, и он уже является опасным для человека, поэтому выше данной отметки людей стараются не запускать. Возникает вопрос тогда: как же американцы полетели на Луну сквозь эти радиационные пояса? Дело в том, что астронавты не находились длительное время в радиационных поясах. Улетая от Земли с первой космической скоростью, пребывание человека в столь опасной зоне составляет всего считанные минуты, и за это время не будет нанесён существенный ущерб здоровью.
Но и высота, на которой странствует МКС, не безопасна, и радиация там есть. А ещё в районе Южной Атлантики существует Бразильская (или Южно-Атлантическая) магнитная аномалия. Здесь магнитное поле Земли словно бы «провисает», а с ним ближе к поверхности оказывается нижний радиационный пояс. И МКС его все-таки касается, пролетая в этом районе.
Покидая пределы родной планеты и отправляясь в путешествие к другим телам Солнечной системы, путешественник столкнётся с другим видом космической радиации – галактическими лучами . Солнечный ветер образует собой гелиосферу, которая отражает галактические лучи и не пропускает большую их часть в Солнечную систему. Энергии первичных космических лучей, представляющих собой атомные ядра и элементарные частицы, колоссальны, и достигают значений в сотни ГэВ. Космические лучи преодолевают огромные расстояния внутри нашей галактики, постоянно изменяя направления. Они обладают почти световыми скоростями!
В основном космические лучи состоят на 90 % из протонов. Примерно 7 % приходится на альфа-частицы (ядра гелия), и лишь небольшая часть – всего около 1 % приходится на более тяжёлые ядра, такие как углерод и железо. Именно тяжёлые ядра представляют собой галактические космические лучи, а эти тяжёлые элементы и образуются в результате взрыва сверхновых. Они-то и являются для нас самыми опасными.
Не только солнечный ветер защищает нас от смертоносных космических лучей: магнитное поле Земли тоже способно задерживать их, а другая часть теряет энергию в столкновении с молекулами газов в атмосфере , но что-то всё равно достаёт и до поверхности, поэтому радиация есть везде, и от неё нигде не спрячешься. Правда, то, что остаётся от галактических лучей и приходит на Землю, не опасно для человека.
Обычный земной житель, не имеющий дела с источниками радиации, ежегодно получает дозу в 1 миллизиверт (мЗв). Космонавт же на МКС зарабатывает 0,5–0,7 мЗв ежедневно!
В настоящее время медициной установлена максимальная предельная доза, которую в течение жизни человеку превышать нельзя во избежание серьезных проблем со здоровьем. Это 1000 мЗв, или 1 Зв. Таким образом, даже работник АЭС может спокойно трудиться лет 50, ни о чем не беспокоясь. Космонавт же исчерпает свой лимит всего за 5 лет. Но, даже налетав четыре года и набрав свои 800 мЗв, он уже вряд ли будет допущен в новый полет годичной продолжительности, потому что появится угроза превышения лимита.
Шуршаков Вячеслав Александрович, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, заведующий лабораторией «Радиационный контроль при космических полётах» описывает проблему дальних перелётов так: «Влияние частиц на критические органы человеческого организма (например, нервную систему) сегодня мало изучено. Возможно, радиация станет причиной потери памяти у космонавта, вызовет ненормальные поведенческие реакции, агрессию. И очень вероятно, что эти эффекты не будут привязаны к конкретной дозе. Пока не накоплено достаточно данных по существованию живых организмов за пределами магнитного поля Земли, отправляться в длительные космические экспедиции очень рискованно».
Наиболее чувствительными к радиации являются кожа, хрусталик глаза, легкие, щитовидная железа, костный мозг и кишечник. При длительном воздействии на организм излучение поражает ДНК и РНК, нарушает обмен веществ, снижает иммунитет и активизирует развитие новообразований у человека и животных.
К сожалению, полученные на борту даже не звездолетов будущего, а привычной нам МКС дозы радиации хоть и вписываются в нормативы, но вовсе не безобидны. Советские космонавты никогда не жаловались на зрение, скорее всего, из-за того, что боялись потерять работу, а вот американские данные четко показывают, что космическая радиация повышает риск катаракты, помутнения хрусталика. Исследования крови космонавтов демонстрируют увеличение хромосомных аберраций в лимфоцитах после каждого космического полета, что в медицине считается онкомаркером. В целом сделан вывод о том, что получение в течение жизни допустимой дозы в 1 Зв в среднем укорачивает жизнь на три года. Необходимо досконально изучить, как влияет радиация на организм человека, как можно обезопасить космонавтов от губительного воздействия космических лучей прежде, чем отправить их в дальние странствия на другие планеты.
Источник
Космическая радиация: что это такое и насколько опасно
Орбиту Международной космической станции несколько раз поднимали, и сейчас ее высота составляет более 400 км. Это делалось для того, чтобы увести летающую лабораторию от плотных слоев атмосферы, где молекулы газов еще довольно заметно тормозят полет и станция теряет высоту. Чтобы не корректировать орбиту слишком часто, хорошо бы поднять станцию еще выше, но делать этого нельзя. Примерно в 500 км от Земли начинается нижний (протонный) радиационный пояс. Длительный полет внутри любого из радиационных поясов (а их два) будет гибельным для экипажей.
Космонавт-ликвидатор
Тем не менее нельзя сказать, что на высоте, на которой сейчас летает МКС, проблемы радиационной безопасности нет. Во-первых, в районе Южной Атлантики существует так называемая Бразильская, или Южно-Атлантическая, магнитная аномалия. Здесь магнитное поле Земли как бы провисает, а с ним ближе к поверхности оказывается нижний радиационный пояс. И МКС его все-таки касается, пролетая в этом районе.
Во-вторых, человеку в космосе угрожает галактическое излучение – несущийся со всех направлений и с огромной скоростью поток заряженных частиц, порожденных взрывами сверхновых или деятельностью пульсаров, квазаров и других аномальных звездных тел. Часть этих частиц задерживается магнитным полем Земли (что является одним из факторов формирования радиационных поясов), другая часть теряет энергию в столкновении с молекулами газов в атмосфере. Что-то долетает и до поверхности Земли, так что небольшой радиоактивный фон присутствует на нашей планете абсолютно везде. В среднем проживающий на Земле человек, не имеющий дела с источниками радиации, ежегодно получает дозу в 1 миллизиверт (мЗв). Космонавт на МКС зарабатывает 0,5–0,7 мЗв. Ежедневно!
Источник