Как Земля защищает нас от космоса?
Несмотря на нашу тягу к космическому освоению, пространство лишено дружелюбия и мечтает покончить с нами. Если бы не родная планета, то мы бы не продержались и секунды. Главные защитники планеты и жизни на Земле — земные магнитосфера и атмосфера. Обе защищают Землю от космических лучей, астероидов и прочего негативного влияния. Далее перечислены главные риски, угрожающие жизни на Земле, и указана важность атмосферы и магнитосферы.
Риск: Сверхмассивные черные дыры, сверхновые и звезды высвобождают огромное количество высокоэнергетических частиц – космические лучи. Они проходят сквозь ваш организм, повреждая ДНК. Длительная атака повышает риск заболеть раком. Но мы защищены атмосферным слоем.
Риск: Гамма- и рентгеновские излучения. Радиация способна принести огромный вред. Всего один высокоэнергетический фотон становится фатальным для клетки. И снова в бой вступает атмосфера. Ее молекулы поглощают нападающих и не пропускают к поверхности. Фактически специальные обсерватории приходится выводить в пространство, потому что эти частички нельзя отследить с Земли.
Строение магнитосферы Земли
Риск: УФ-лучи. Солнце щедро поливает нас УФ-излучением, поэтому мы можем получить солнечные ожоги. Но здесь важную роль играет озоновая прослойка, которая впитывает большую часть атаки как губка.
Риск: Солнечные вспышки. Солнце постоянно взрывается, высвобождая массивные энергетические скопления. Они напоминают плазму, перемещающуюся на световой скорости. Повезло, что мы располагаем магнитосферой.
Риск: мороз. Пространство лишь на несколько градусов выше абсолютного нуля. Но атмосферный слой функционирует в качестве одеяла, которое равномерно распределяет тепло и удерживает его.
Риск: Вакуум. Космос лишен воздуха. Если бы не Земля, то вы бы не смогли вдохнуть, а отсутствие давления выпарило бы воду в пространство.
Источник
Защита от угроз из космоса
Последнее падение крупного космического объекта на Землю (Челябинский болид), вызвало сильный взрыв, причем как физический, так и эмоциональный. В день трагедии средства массой информации пестрили заголовками о падении метеорита и причиненном метеоритом ущербе.
Пользователи, успевшие заснять метеорит на видеокамеры, выкладывали в интернет отснятый материал для всеобщего доступа. К бурному обсуждению ущерба и масштабов трагедии многие интернет пользователи высказывали сомнения по поводу природного происхождения этого объекта, а некоторые критиковали военных за неспособность обнаружить и уничтожить этот объект. Одним словом, трагедия понемногу обросла слухами и мифами. На самом деле, проблема с обнаружением малых космических тел всегда была острой.
Знакомство с комическими угрозами
Постараемся внести немного ясности в суть проблемы (по мере знаний и найденных материалов). Во-первых, определимся с термином «космические угрозы». В нашем понимании, такими угрозами являются два типа объектов: искусственные спутники Земли и «космический мусор», кроме того, более страшную угрозу представляют астероиды и кометы, летающие по солнечной системе в значительном количестве.
Многие из космических объектов имеют размеры менее 50 м, что представляет серьезную проблему для их своевременного обнаружения специальными средствами.
Внеземные тела, даже малого размера (менее 50 м), как показал «Челябинский болид», способны причинить значительный материальные ущерб и даже привести к человеческим жертвам. Так, например, известно чуть более 1% тел больше 50 м в диаметре.
Обоснуем мысль тем, что 1% — это ничто, так как даже погрешность во многих измерениях и исследованиях допускается 5-10%.
Возможно, предположение не верно, так как сравниваются фактические знания и допустимая погрешность измерений, но ведь и сейчас существует вероятность падения с неба в любой момент астероида или метеорита.
Как предотвратить внеземные угрозы
Рассмотрим краткий анализ технических средств и знаний, которые могут быть использованы для предотвращения «космической угрозы».
Поэтому, необходима информация о космических объектах, их траекториях, составе, размерах, массе и прочее.
Системы контроля
Существующие системы контроля над космическим пространством и объектами, такие как Российская СККП (Система контроля космического пространства) и Американская SPADATS (Space Detecting and Tracking System), служат лишь для контроля над космическими аппаратами (КА) и комическим мусором. С помощью этих систем ведется мониторинг траекторий полета, определение целевого назначения и государственной принадлежности.
Отслеживание астероидов, комет с помощью этих систем в принципе возможно, но лишь на определенных расстояниях, которые ограничены не многим более 36000 км. Причем, системы СККП и SPADATS следят, в основном, за КА, а их скорость намного меньше скорости астероидов.
Так, первая космическая скорость, с которой КА двигаются по околоземной орбите составляет 8 км/с.
Телескопы
Другими существующими средствами обнаружения объектов космического происхождения являются телескопы, работающие в широких диапазонах электромагнитных волн. Однако, чаще всего телескопы заняты в научных исследованиях и не осуществляется постоянное слежение за космическим пространством в поисках метеоритов.
Остается только создавать новые, специальные средства обнаружения и желательно на дальних расстояниях.
Противодействие космическим угрозам
Второй важной задачей является противодействие обнаруженным угрозам. Здесь тоже не просто. Обнаружив потенциально опасное космическое тело, движущееся по траектории к Земле, необходимо определить характеристики тела (состав, размеры, масса и пр.), так как эти параметры будут влиять на способ противодействия угрозе.
В зависимости от величины угрозы, будь то комета или метеорит, могут быть применены методы отвода космического тела на безопасную траекторию или разрушающие, с применением направленных взрывов или взрывов на поверхности тела.
С помощью космических аппаратов (КА)
Способы, предлагаемые учеными, кардинально отличаются друг от друга.
Например, предполагается использование космических аппаратов в виде тральщиков, когда астероид или комета, за счет взаимного притяжения с КА или при помощи специальных устройств и ракетных (ионных) двигателей, смещаются на безопасные орбиты.
С помощью зеркал
Кроме того, предлагаются идеи по растапливанию ледяных глыб, коими являются некоторые астероиды и кометы, с помощью больших зеркал, которые будут доставляться в необходимое место с помощью космических аппаратов.
Метод подрыва объектов
Идея подрыва астероида или кометы так же может быть использована, так как разрушившись на более мелкие частицы, космическое тело может сгореть в атмосфере Земли, не причинив вреда.
Действия военных служб при космических угрозах
Если нет возможности отвести угрозу, то ее можно минимизировать, например, за счет эвакуации людей и производств.
Многие из вариантов воздействия на опасные космические объекты предполагают раннее оповещение, когда до столкновения с Землей имеется достаточное количество времени (дни, недели, месяцы, годы).
Но что делать, если до столкновения с поверхностью Земли остаются считанные минуты и часы?
В этом случае, напрашивается один вариант: надеяться на военных.
Рассмотрим подробнее. Некоторые средства поражения, которыми обладают военные структуры, могут быть использованы для подрыва или смещения с траектории движения опасных космических тел.
Можно использовать ракетное оружие с ядерными боевыми частями для подрыва астероидов вне атмосферы с использование ракет-носителей. Либо уже на поздних стадиях применения средств, схожих с системами ПРО, например Российская система А-135 (А-235) с ракетами различного класса, но такой вариант подходит только для локального прикрытия нескольких районов Земли.
Поэтому целесообразнее уничтожать или отводить астероиды или кометы заблаговременно на больших расстояниях, но требуется масштабная работа по проектированию средств раннего обнаружения.
Программы защиты на государственно уровне
Эту проблему можно долго обсуждать, но суть остается. В данное время нет эффективной защиты от космической опасности и поэтому необходимы специальные программы на государственном уровне, а возможно и в кооперации с несколькими странами.
Первые шаги уже сделаны. По результатам совещания проведенного 12 марта 2013 года в Совете Федерации, принято решение создать прообраз госпрограммы по астероидно-кометной опасности и ее развития до 2020-2030 гг.
В совещании принимали участие члены Совета Федерации, представители Роскосмоса, Росатома, Минобороны, МЧС, МИД РФ, предприятий ракетно-космической отрасли и представители научного сообщества. Будем ждать результатов и надеяться, что подобные трагедии больше не произойдут.
Источник
Угроза из космоса. Какому излучению подвергаются космонавты и наша планета?
Космическое излучение является ключевым фактором безопасности космонавтов, отправляющихся на Луну. Исследователи и инженеры изучают различные методы и технологии для снижения различных типов излучения во время космических путешествий. Рассказываем, каким опасностям подвергаются астронавты в космосе и как НАСА пытается их защищать для будущих исследований.
За последнее время тема освоения и колонизации Марса вышла из ряда научной фантастики. США, Европа, Россия и впервые Китай и ОАЭ запускают все новые миссии и космические программы не только по освоению космоса, но и особое внимание уделяя Марсу. Кроме того, НАСА планирует «вернуть астронавтов на Луну» в программе Artemis. Все это — не только захватывающе и завораживающе, но и пугающе. На Земле мы в относительной безопасности, с нашей атмосферой и достаточным расстоянием от Солнца. Но что происходит с людьми, когда они покидают безопасную зону?
Им угрожает радиация.
Радиация из космоса
В первую очередь для людей опасны частицы энергии, которые вылетают из Солнца в результате гигантских солнечных извержений.
В дополнение к вспышкам, огромные облака — выбросы корональной массы — содержащие миллиард тонн солнечного материала, иногда взрываются на поверхности Солнца. Все чаще ученые считают, что выбросы корональной массы играют доминирующую роль в управлении самым мощным излучением Солнца: солнечными энергетическими частицами или SEP (Solar energetic particles).
SEP — это частицы (по большей части протоны, а также электроны и ионы), летящие с такой высокой скоростью, что некоторые из них достигают Земли, находящейся на расстоянии 150 млн км, менее чем за час.
Излучение — это энергия, заключенная в электромагнитные волны или переносимая частицами. Энергия передается, когда волна или частица сталкиваются с чем-то еще, например, с космонавтом или компонентом космического корабля. SEP опасны, потому что они могут проходить через кожу, выделяя энергию и разрушая клетки или ДНК на своем пути. Такие повреждения могут увеличить риск рака в более позднем возрасте или, в крайних случаях, вызвать острую лучевую болезнь в краткосрочной перспективе.
Почему на Земле люди в безопасности?
На Земле люди застрахованы от этого вреда. Но почему?
Защитный «магнитный пузырь» Земли — магнитосфера — отклоняет большинство солнечных частиц. Атмосфера также подавляет любые частицы, которые проникают сквозь нее. Международная космическая станция движется по низкой околоземной орбите, находясь под защитой Земли, а корпус станции также помогает защитить членов экипажа от радиации.
Земля находится в центре огромного голубого пузыря в форме кометы.
Магнитный пузырь Земли, называемый магнитосферой, показан синим цветом. Магнитосфера обеспечивает естественную защиту от космического излучения, отклоняя большинство заряженных солнечных частиц от Земли.
Предоставлено: Космический центр Андёя/Тронд Абрахамсен
Но за пределами магнитной досягаемости Земли человеческие исследователи могут столкнуться с резкой радиацией космоса.
Стратегия защиты космонавтов
Основная стратегия аналитической группы при работе в космосе — использовать любую доступную массу на корабле. Они перераспределяют ее таким образом, чтобы заполнить области, которые защищены недостаточно, и направляют членов экипажа к хорошо защищенным областям.
Чем больше масса между экипажем и излучением, тем больше вероятность того, что опасные частицы передадут свою энергию, прежде чем достигнут экипажа. На Луне астронавты могут насыпать лунный грунт или реголит над своими убежищами, используя в своих интересах естественные защитные материалы окружающей среды. Но что касается конструкции космического корабля, то полагаться на его габариты для защиты вскоре становится дорого, поскольку для запуска большей массы требуется больше топлива.
Команда Джонсона работает над разработкой методов экранирования без добавления дополнительных материалов. У астронавтов не будет возможности летать на «специальной радиационной защите». Законы распределения полезного груза на корабле таковы, что каждый предмет, с которым летит команда астронавтов, должна быть многоцелевым.
Для космического корабля Orion они разработали план для астронавтов по строительству временного убежища из имеющихся материалов под рукой, в том числе единиц хранения, уже находящихся на борту, или запасов еды и воды. Если на Солнце разразится еще один шторм, такой же сильный, как в эпоху миссий Аполлона, экипаж «Ориона» будет в целости и сохранности.
Другие команды в НАСА решают проблему радиации с помощью творческих решений, разрабатывая такие технологии, как носимые жилеты и устройства, увеличивающие массу, а также электрически заряженные поверхности, которые отклоняют радиацию.
Кроме того, Опытный дизайнер космических скафандров Эми Росс в Космическом центре имени Джонсона в НАСА в Хьюстоне разрабатывает новые костюмы для Луны и Марса. Именно образцы ее прототипов скафандра отправились на Марс в миссии «Настойчивость» для проверки и анализа.
Как защититься от Солнца? Основные проблемы
Чтобы защитить астронавтов от бурь с частицами солнечной энергии, необходимо знать, когда такая буря произойдет. Но потоки частиц непостоянны и их трудно предсказать. Природа турбулентных извержений Солнца еще полностью не изучена.
В идеале вы могли бы посмотреть на активную область на Солнце, увидеть, как она развивается, и попытаться предсказать, когда произойдет извержение. Проблема в том, что даже если бы вы могли спрогнозировать вспышки и выбросы корональной массы, только небольшая часть на самом деле порождает частицы, опасные для астронавтов.
Ричардсон
И если SPE действительно появятся, трудно предсказать, куда они пойдут. Силовые линии магнитного поля — это магистраль для заряженных частиц, но когда Солнце вращается, дороги превращаются в спирали. Некоторые частицы выбиваются из-за перегибов силовых линий. В результате они могут распространяться по всей Солнечной системе в виде огромного туманного облака.
Модели, позволяющие предсказать, когда появятся SEP, находятся на ранних стадиях разработки. Одна из них использует прибытие более легких и быстрых электронов для прогнозирования потока более тяжелых протонов, которые последуют за ним, которые более опасны.
Ученые полагаются на гелиофизические миссии НАСА для развития моделей прогнозирования космической погоды. Это помогает расположить космические корабли в разных точках обзора между Солнцем и Землей. Запущенный в 2018 году солнечный зонд НАСА Parker Solar Probe летит ближе к Солнцу, чем любой другой космический корабль до него. Космический аппарат будет отслеживать SEP вблизи их источника. Это и станет ключом к разгадке того, как солнечные извержения ускоряют частицы.
Время тоже имеет значение. Солнце проходит через 11-летние циклы высокой и низкой активности. Во время солнечного максимума Солнце покрыто областями с высоким магнитным напряжением, которые готовы к извержению. Во время солнечного минимума, когда солнечных пятен мало или совсем нет, извержения редки.
В то время как ученые продолжают совершенствовать свои модели, гелиофизические космические аппараты НАСА уже сейчас обеспечивают наблюдения, чтобы дать астронавтам всю полноту картины, понимание и прогнозирование опасностей. И, главное, разрешение на выполнение миссий. Если на Солнце нет активных пятен, ученые могут с уверенностью сказать, что солнечного шквала не будет.
Еще одна опасность. Излучение из соседних галактик
Второй вид космического излучения распространяется даже дальше, чем частицы солнечной энергии. Галактические космические лучи — частицы давно ушедших взорвавшихся звезд в другом месте Млечного пути — постоянно бомбардируют Солнечную систему со скоростью, близкой к световой. Если солнечные энергетические частицы — это внезапный ливень, то галактические космические лучи больше похожи на устойчивую морось. Но моросящий дождь тоже может доставлять неудобства.
Солнечная система находится в центре двух больших пурпурных пузырей, представляющих гелиосферу. Золотые полосы отражаются повсюду.
Это изображение показывает Солнечную систему и магнитный пузырь Солнца, гелиосферу который простирается далеко за его пределы. Яркие полосы представляют собой космические лучи. Во время солнечного максимума, когда гелиосфера усиливается, она блокирует больше космических лучей.
Центр космических полетов имени Годдарда НАСА/Лаборатория концептуальных изображений
Космические лучи имеют тенденцию быть более мощными, чем даже самые энергичные солнечные частицы. Тот же космический корабль, который защитит команду от частиц солнечной энергии, не сможет удерживать космические лучи на расстоянии, поэтому космические лучи представляют серьезную проблему, особенно для длительных миссий, таких как путешествие на Марс, которое займет от шести до 10 месяцев.
Хотя SEP сложно предсказать, галактические космические лучи приходят с постоянной скоростью. За одну секунду около 90 космических лучей попадают в космическую точку размером с мяч для гольфа. Между тем, во время ливня SEP могло быть еще 1 000 частиц, проникающих через это пространство размером с мяч для гольфа. Эта скорость помогает определить пределы излучения и продолжительность миссии. В этом состоит ведущая стратегия НАСА по ограничению воздействия космических лучей. НАСА отслеживает индивидуальные дозы астронавтов, чтобы гарантировать, что они не подвергаются излишнему излучению.
Космические лучи состоят из тяжелых элементов, таких как гелий, кислород или железо. Массивные частицы разбивают атомы, когда они сталкиваются с чем-то, будь то космонавт или толстые металлические стенки космического корабля. Удар вызывает поток дополнительных частиц — вторичное излучение, что еще больше усугубляет опасность космических лучей.
Воздействие космических лучей также связано с солнечным циклом. В относительном штиле солнечного минимума космические лучи легко проникают в магнитное поле Солнца. Но во время солнечного максимума магнитный пузырь Солнца усиливается с увеличением солнечной активности, отталкивая некоторых незваных гостей из галактик. Как ни странно, вредное излучение помогает нейтрализовать другое опасное излучение.
Источник