Цитата сообщения galkapogonina https://www.popmech.ru/technologies/385422-kosmich...oe-i-opasno-li-dlya-cheloveka/
Космическая радиация: что это такое и опасно ли для человека

Земля — уникальная колыбель всего живого. Защищенные ее атмосферой и магнитным полем, мы можем не думать о радиационных угрозах, кроме тех, что творим собственными руками. Однако все проекты освоения космоса — ближнего и дальнего — неизменно упираются в проблему радиационной безопасности. Космос враждебен жизни. Нас там не ждут.
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!

Радиационные пояса

Радиационные пояса Земли представляют собой области магнитосферы, в которых накапливаются высокоэнергетичные заряженные частицы. Внутренний пояс состоит преимущественно из протонов, внешний — из электронов. В 2012 году спутником NASA был открыт еще один пояс, который находится между двумя известными.
«Можно привести интересное сопоставление, — говорит заведующий отделом радиационной безопасности космонавтов Института медико-биологических проблем РАН, кандидат физико-математических наук Вячеслав Шуршаков. — Допустимой ежегодной дозой для сотрудника АЭС считаются 20 мЗв — в 20 раз больше, чем получает обычный человек. Для специалистов по ликвидации аварий, этих особым образом подготовленных людей, максимальная годовая доза составляет 200 мЗв. Это уже в 200 раз больше по сравнению с обычной дозой и… практически столько же, сколько получает космонавт, проработавший год на МКС».

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 с его нормативами может спокойно трудиться лет пятьдесят, ни о чем не беспокоясь. Космонавт же исчерпает свой лимит всего за пять лет. Но, даже налетав четыре года и набрав свои законные 800 мЗв, он уже вряд ли будет допущен в новый полет годичной продолжительности, потому что появится угроза превышения лимита.

Космическая радиация
«Еще одним фактором радиационной опасности в космосе, — объясняет Вячеслав Шуршаков, — является активность Солнца, особенно так называемые протонные выбросы. В момент выброса за короткое время космонавт на МКС может получить дополнительно до 30 мЗв. Хорошо, что солнечные протонные события происходят редко — 1−2 раза за 11-летний цикл солнечной активности. Плохо, что эти процессы возникают стохастически, в случайном порядке, и плохо поддаются прогнозированию. Я не помню такого, чтобы мы были бы заранее предупреждены нашей наукой о грядущем выбросе. Обычно дело обстоит по‑другому. Дозиметры на МКС вдруг показывают повышение фона, мы звоним специалистам по Солнцу и получаем подтверждение: да, наблюдается аномальная активность нашего светила. Именно из-за таких внезапно возникающих солнечных протонных событий мы никогда точно не знаем, какую именно дозу привезет с собой космонавт из полета».

Частицы, сводящие с ума
Радиационные проблемы у экипажей, отправляющихся на Марс, начнутся еще у Земли. Корабль массой 100 или более тонн придется долго разгонять по околоземной орбите, и часть этой траектории пройдет внутри радиационных поясов. Это уже не часы, а дни и недели. Дальше — выход за пределы магнитосферы и галактическое излучение в его первозданной форме, много тяжелых заряженных частиц, воздействие которых под «зонтиком» магнитного поля Земли ощущается мало.

«Проблема в том, — говорит Вячеслав Шуршаков, — что 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».

Когда специалисты по радиационной безопасности предлагают конструкторам космических аппаратов усилить биозащиту, те отвечают, казалось бы, вполне рациональным вопросом: «А в чем проблема? Разве кто-то из космонавтов умер от лучевой болезни?» 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 почему-то никогда не жаловались на зрение — видимо, побаиваясь за свою карьеру, но 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.

Лунные риски
Одним из «сильных» доводов сторонников «лунного заговора» считается утверждение о том, что пересечение радиационных поясов и нахождение на Луне, где нет магнитного поля, вызвало бы неминуемую гибель астронавтов от лучевой болезни. Американским астронавтам действительно приходилось пересекать радиационные пояса Земли — протонный и электронный. Но это происходило в течение всего лишь нескольких часов, и дозы, полученные экипажами «Аполлона» в ходе миссий, оказались существенными, но сопоставимыми с теми, что получают старожилы МКС. «Конечно, американцам повезло, — говорит Вячеслав Шуршаков, — ведь за время их полетов не произошло ни одного солнечного протонного события. Случись такое, астронавты получили бы сублетальные дозы — уже не 30 мЗв, а 3 Зв.

Намочите полотенца!
«Мы, специалисты в области радиационной безопасности, — говорит Вячеслав Шуршаков, — настаиваем на том, чтобы защита экипажей была усилена. Например, на МКС наиболее уязвимыми являются каюты космонавтов, где они отдыхают. Там нет никакой дополнительной массы, и от открытого космоса человека отделяет лишь металлическая стенка толщиной в несколько миллиметров. Если приводить этот барьер к принятому в радиологии водному эквиваленту, это всего лишь 1 см воды. Для сравнения: земная атмосфера, под которой мы укрываемся от излучения, эквивалентна 10 м воды. Недавно мы предложили защитить каюты космонавтов дополнительным слоем из пропитанных водой полотенец и салфеток, что намного бы снизило действие радиации. Разрабатываются медикаментозные средства для защиты от излучения — правда, на МКС они пока не используются. Возможно, в будущем методами медицины и генной инженерии мы сможем усовершенствовать тело человека таким образом, чтобы его критические органы были более устойчивыми к факторам радиации. Но в любом случае без пристального внимания науки к этой проблеме о дальних космических полетах можно забыть».

Статья «Смертоносным лучам вопреки» опубликована в журнале «Популярная механика» (№9, Сентябрь 2017).
-------------------------------------------------------------------------

https://vk.com/@spaceweather-solnechnaya-i-kosmicheskaya-radiaciya-v-chem-opasnos
Центр прогнозов космической погоды (ИЗМИРАН)

Солнечная и космическая радиация: в чем опасность
Содержание:

Вместо введения
Космическая радиация: галактические и солнечные космические лучи
Атмосфера Земли
Магнитосфера Земли
Радиационные пояса
Южноамериканская аномалия магнитного поля
Опасность радиации для биоструктур
Опасность дальних космических миссий
Способы защиты космонавтов от радиации
Опасность радиации для солнечных батарей и электроники
Безопасность авиаперелетов
Немного о совершенствовании прогнозов космической погоды
Вместо эпилога

Вместо введения

Человек - единственное в мире существо, которое стремится туда, где жить невозможно. Южный полюс в Антарктике, восьмитысячники Эвереста, Мариинская впадина и ближний космос. Скорее всего в недалеком будущем мы увидим полет человека на Марс. Но не будет ли он обладателем билета в один конец?

Космическая радиация: галактические и солнечные космические лучи

Бурные процессы Вселенной, взрывы и коллапсы звезд, столкновения галактик, поглощение и выделение огромных энергий, приводят к выбросу и распространению потоков заряженных частиц, несущихся со скоростью света во все стороны и не встречающих преград на своем пути. Это и есть космические лучи или космическая радиация.

Время от времени ближайшая к нам звезда - Солнце - также становится источником космических лучей. Солнце постоянно извергает в ближайший космос огромные массы вещества, формируя гелиосферу - область солнечного ветра, простирающуюся на расстояние от 80 до 100 астрономических единиц. (Напомним: 1 а.е.=150000000 км, т.е. равна расстоянию от Солнца до Земли). При сильной вспышке (см.видео ниже) частицы солнечной плазмы ускоряются до энергий в сотни МэВ и даже до ГэВ. Это явление носит название солнечных космических лучей (СКЛ). Космические лучи, прилетающие от других источников, называют галактическими (ГКЛ).



0:09
Путешествуя по галактике, космические лучи проникают в околосолнечное и околоземное пространство, часть из них может достигать поверхности Земли. Обладая значительной энергией, эти частицы представляют определённую опасность для космонавтов, для бортовой электроники космических аппаратов и даже для авиапассажиров.

Открытый космос - место опасное для всего живого. Только под защитой атмосферы и магнитосферы нашей уникальной планеты возможно существование жизни.

Атмосфера Земли

Атмосферой Земли называют газовую среду, вращающуюся вместе с планетой (рис.1-2).

Рис.1 и 2 - строение атмосферы - см. по основной ссылке статьи
https://vk.com/@spaceweather-solnechnaya-i-kosmicheskaya-radiaciya-v-chem-opasnos

От поражающего действия космической радиации нас защищают ее плотные слои: тропосфера и стратосфера, распространяющиеся до высоты 120 км. Если приводить этот барьер к принятому в радиологии водному эквиваленту, то земная атмосфера будет равна 10-метровому слою воды. Для сравнения: стенка современного космического корабля - это всего лишь 1 см воды.

Для человека, не находящегося внутри герметичной кабины, «космос» начинается уже на высоте около 19—20 км. Здесь давление атмосферы снижается до 87 мм рт. ст., и температура кипения воды равна температуре тела - 36,6 °C. Это приводит к кипению межтканевой жидкости в организме человека, то есть мгновенному наступлению смерти.

Экспериментатор с дозиметром, поднимаясь на воздушном шаре от Земли, будет фиксировать увеличение доз радиации вдвое каждые 2,2 км. На высотах более 36 км на организм человека начинает действовать ионизирующая радиация - первичные космические лучи.

Для авиапассажиров трансполярных рейсов, так же как и для космонавтов, существует повышенный риск получения опасных для жизни радиационных доз от солнечных космических лучей. Почему в приполярных областях опасность выше, станет понятно, если посмотреть на строение нашей магнитосферы.

Магнитосфера Земли

Наша планета - большой магнит, вокруг которого имеется магнитное поле.

Область пространства вокруг небесного тела, в которой поведение окружающей тело плазмы определяется магнитным моментом этого тела, есть магнитосфера. Благодаря магнитосфере поток заряженных частиц, например, солнечного ветра, огибает нашу планету, не оказывая сильного влияния. Часть потока затекает в магнитосферу через, полярные каспы - области рядом с южным и северным полюсами планеты, где замыкаются силовые магнитные линии, как бы входя в землю. Затекающая плазма образует радиационные пояса Земли (рис.3).

Рис.3
Тот факт, что без магнитосферы на Земле не было бы жизни, доказывает сегодняшнее состояние Марса. Магнитное поле Марса слишком мало, и поэтому, как полагают ученые, он потерял значительную часть своих океанов и атмосферы. Солнечный ветер просто унес их в космос.

Итак, бОльшая часть энергичных частиц из космоса задерживается магнитным полем Земли, другая часть теряет энергию в столкновении с молекулами газов в атмосфере. Но небольшое количество частиц долетает до поверхности Земли, так что небольшой радиоактивный фон присутствует на нашей планете абсолютно везде и всегда. В среднем проживающий на Земле человек, не имеющий дела с источниками радиации, ежегодно получает дозу в 1 миллизиверт (мЗв), а часто летающий авиапассажир - в 20-30 мЗв.

Радиационные пояса

В 1957 году благодаря исследованиям американских и советских ученых были открыты радиационные пояса (рис. 4). Откуда берется плазма для радиационных поясов? Экспериментальным путем было обнаружено, что в составе плазмы присутствуют ГКЛ, СКЛ, земные ионосферные частицы, а также при особом взаимном расположении Юпитера, Солнца и Земли в нашу магнитосферу могут затекать юпитерианские электроны.

Захваченные в магнитное поле Земли потоки заряженных частиц больших энергий образуют два радиационных пояса:
внутренний, состоящий из протонов с энергией свыше 100 МэВ,
внешний, состоящий из электронов с энергией в десятки и сотни кэВ.

Это похоже на гигантский бублик (тор), расположенный в пространстве вокруг планеты между границами от 1 до 7 земных радиусов (Радиус Земли равен 6371 км).

Рис.4

Южно-Атлантическая аномалия магнитного поля

Вблизи берегов Бразилии расположена так называемая Южно-Атлантическая аномалия (ЮАА) магнитного поля Земли. В районе ЮАА радиационные пояса «провисают» над Землей вследствие ослабления магнитного поля, создавая пространственно-локализованную область повышенных потоков частиц радиационных поясов в виде неровной воронки (рис. 5). Космические корабли с космонавтами, пролетая на высотах 350–450 км, задевают ЮАА.

Рис.5
Продолжение