Содержание
Космическое излучение | Uatom.org
Космическое излучение
Космические лучи — это излучение, появляющееся в результате взрывов сверхновых звезд, а также в результате термоядерных реакций на Солнце. Разная природа происхождения лучей влияет на их основные характеристики.
Космическая радиация и ее влияние на живые организмы
Прямая космическая радиация губительна для человека, к счастью, наша планета надежно защищена от нее атмосферой.
При взаимодействии со слоями атмосферы космическая радиация обладает способностью изменять свои энергетические характеристики. Как следствие, высокоэнергетическое излучение из космоса «ослабевает» и образует вторичное излучение.
Какими бы ни были источники космических лучей, какую мощность они не имели — угроза для человека, находящегося на поверхности Земли, есть минимальной. Ощутимый вред космическая радиация может нанести только космонавтам, ведь они не защищены от прямого космического излучения атмосферой.
Солнечная радиация и ее воздействие на человека
Солнце — это звезда, в недрах которой постоянно проходят различные термоядерные реакции, сопровождающиеся сильными энергетическими выбросами. Основными видами солнечной радиации являются инфракрасное излучение и ультрафиолетовые лучи.
В результате инфракрасного излучения Солнца однозначно проявляется тепловой эффект. Он способствует расширению сосудов, стимуляции работы сердечно-сосудистой системы, активизирует кожное дыхание. В результате усиливается выработка эндорфинов (гормонов счастья), обладающих успокаивающим и противовоспалительным эффектом. Тепло также влияет на обменные процессы, активизируя метаболизм.
Солнечное излучение инфракрасного спектра стимулирует работу мозга и отвечает за психическое здоровье человека. Вместе с тем, именно этот вид солнечной энергии влияет на биологические ритмы организма: фазы активной деятельности и сна.
Без инфракрасного излучения многие жизненно важные процессы оказались бы под угрозой, что способствовало бы развитию различных заболеваний, в том числе бессонницы и депрессии.
Ультрафиолетовое излучение — достаточно полезно для организма, ведь способствует усилению иммунитета человека. Кроме того, оно необходимо для выработки порфирита — аналога растительного хлорофилла в нашей коже. Вместе с тем избыток ультрафиолетовых лучей может привести к ожогам, поэтому очень важно знать, как правильно защищаться от этого в период максимальной солнечной активности.
Чтобы избежать вредного воздействия ультрафиолета, необходимо ограничивать время пребывания на солнце в полдень, больше быть в тени, одевать защитную одежду (шляпы, прикрывающие глаза, лицо и шею), носить солнцезащитные очки с боковыми панелями, обеспечивающими защиту от всех типов ультрафиолетового излучения, а также использовать средства с фактором защиты (SPF) 30+. При этом следует помнить, что тень и защитная одежда обеспечивают значительно лучшую защиту, чем нанесение солнцезащитных средств.
Врачи также советуют не пользоваться оборудованием для искусственного загара — регулярное посещение солярия в возрасте до 35 лет приводит к развитию меланомы.
Детям до 18 лет посещение солярия — противопоказано.
Редакция сайта Uatom.org
Сколько лет космонавт может провести на околоземной орбите без вреда для здоровья
13 октября 2022
14:52
Юлия Рудый
Олег Кононенко в открытом космосе.
Фото Роскосмос.
Российские специалисты оценили дозу радиационного облучения, которую получают космонавты на МКС, и рассказали, сколько времени можно пробыть на орбите, не заполучив опасных «осложнений».
Учёные Института медико-биологических проблем РАН установили предельный срок безопасного пребывания космонавтов на околоземной орбите. Для этого они изучили данные, собранные за 20 лет пребывания человека в космосе – с 2001 по 2021 годы.
Оказалось, что любой член экипажа Международной космической станции может находиться на околоземной орбите суммарно не более четырёх лет. В этом случае он не получит опасную дозу радиации.
Заведующий отделом «Радиационная безопасность при космических полётах» ИМБП Вячеслав Шуршаков рассказал ТАСС, что предельная пожизненная доза радиации составляет тысячу миллизивертов.
На данный момент обладателем абсолютного мирового рекорда по продолжительности пребывания человека в космосе является космонавт Геннадий Падалка, который провёл на орбите в общей сложности 878 суток (примерно 2,5 года).
Специалисты ИМБП РАН оценивали дозу радиационного облучения, которому подвергаются работающие на МКС люди совместно с коллегами из НИИ ядерной физики им. Д. В. Скобельцына МГУ.
Учёные также определили, что вклад солнечных протонных событий (СПС) в общую дозу облучения ни в одной из 66 изученных экспедиций не превышал 1%. Поясним, что СПС исследователи называют потоки протонов с высокой энергией, которые выбрасывает Солнце в ходе вспышек.
Только в пяти экспедициях на МКС вклад СПС был больше 0,5%. Основная опасность исходит от ещё более высокоэнергетических космических лучей, пронизывающих галактику: их вклад в общей дозе не опускался ниже 60%, установили российские учёные. Остальная радиация определялась радиационными поясами Земли, поясняют специалисты.
Данные о радиационном облучении собирались с помощью специального манекена и персональных дозиметров космонавтов.
Сегодня предельная персональная доза радиации для месячного предывания на МКС не должна превышать 150 миллизивертов, для годовой экспедиции ― 300 миллизивертов.
Согласно новым результатам, получается, что ни в одной экспедиции на МКС за два прошедших десятилетия установленные нормативы для российских космонавтов не превышались.
Ранее мы рассказывали о том, какими способами (порой весьма экстравагантными) учёные собираются защищать космонавтов в длительных экспедициях к другим планетам. Кроме того, мы писали об испытаниях на МКС нового антирадиационного материала, об измерениях уровней радиации на Луне и Марсе.
Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».
наука
медицина
космос
космонавт
биология
космонавтика
новости
Россия
новых пределов космической радиации, необходимых для астронавтов НАСА, говорится в отчете «на станции». Каждый вернулся на Землю со слегка атрофированными мышцами и другими пагубными физиологическими последствиями длительного пребывания в условиях почти нулевой гравитации. Но другая, более коварная опасность подстерегает космонавтов, особенно тех, кто отправляется за пределы низкой околоземной орбиты.
Космос наполнен невидимым, но вредным излучением, большая часть которого исходит от энергичных частиц, выбрасываемых Солнцем, или от космических лучей, возникающих в результате экстремальных астрофизических явлений во Вселенной. Такое излучение может повредить ДНК организма и другие тонкие клеточные механизмы.
И ущерб увеличивается пропорционально воздействию, которое значительно выше за пределами защитного кокона земной атмосферы и магнитного поля (например, во время предполагаемых полетов на Луну или Марс). Со временем накопленное клеточное повреждение значительно повышает риск развития рака.
Чтобы исправить ситуацию, по запросу НАСА группа ведущих ученых, организованная Национальными академиями наук, инженерии и медицины, опубликовала в июне отчет, в котором космическому агентству рекомендуется принять максимальное ограничение на всю карьеру в 600 миллизивертов для космическую радиацию космонавты могут получать. Зиверт — это единица, которая измеряет количество радиации, поглощенной человеком, с учетом типа радиации и ее воздействия на определенные органы и ткани в организме и эквивалентна одному джоулю энергии на килограмм массы. Ученые обычно используют меньшее (но все же довольно значительное) количество миллизивертов, или 0,001 зиверта. Бананы, например, содержат небольшое количество встречающихся в природе радиоактивных изотопов, но чтобы проглотить количество миллизиверта, нужно съесть 10 000 бананов за пару часов.
Каждый действующий член отряда астронавтов НАСА получил менее 600 миллизивертов во время своего пребывания на орбите, а большинство, включая Коха, получили гораздо меньше и, таким образом, могут безопасно вернуться в космос. Но год на МКС все равно подвергает их большему облучению, чем испытали жители Японии, жившие вблизи ядерной аварии на Фукусима-дайити в 2011 году.
«Все планируют поездки на Луну и Марс», и эти миссии могли иметь «Высокое радиационное облучение», — говорит Хедвиг Хричак, ведущий автор доклада и радиолог из Мемориального онкологического центра имени Слоуна-Кеттеринга в Нью-Йорке. По ее словам, с использованием современных технологий, проверенных космическими полетами, дальние путешествия, особенно на Красную планету, превысят предложенный порог.
Это может стать большой проблемой для программы NASA Artemis, целью которой является отправка астронавтов на Луну для подготовки к будущим полетам на Марс. Еще одна проблема для космического агентства заключается в том, что эпидемиологические данные, которые оно использует, в основном получены из исследований долголетия японцев, переживших взрывы атомных бомб, а также от горстки астронавтов и космонавтов, которые провели много месяцев или даже лет на низкой околоземной орбите.
. Текущий лимит космического излучения НАСА, который был разработан в 2014 году, включает в себя сложную оценку риска смертности от рака, которая зависит от возраста и пола, но необходимы более актуальные данные, утверждает Хричак. Например, в исследовании, посвященном выжившим после атомной бомбардировки, у женщин чаще развивался рак легких, чем у мужчин, что свидетельствует о большей уязвимости по признаку пола к вредному излучению. «Но со знаниями, которые у нас есть в настоящее время, мы понимаем, что не можем провести сравнение между высоким воздействием и хроническим воздействием», — говорит Хричак. «Среда другая. Есть так много разных факторов».
НАСА хочет обновить свои стандарты сейчас, потому что агентство находится на пороге отправки такого количества астронавтов далеко за пределы низкой околоземной орбиты, где большее количество космической радиации, похоже, обречено на превышение ранее установленных пределов воздействия. Кроме того, говорит Хричак, наличие единого универсального предела радиации для всех космических путешественников выгодно с точки зрения эксплуатации из-за его простоты.
Универсальный лимит также можно рассматривать как благо для женщин-астронавтов, у которых был более низкий лимит, чем у мужчин в старой системе, и поэтому им было запрещено проводить в космосе столько же дней, сколько их коллегам-мужчинам.
Новый предел радиации, предложенный Хрицак и ее командой, связан с риском для всех органов 35-летней женщины — демографической группы, которая считается наиболее уязвимой в свете гендерных различий в данных о выживших после атомной бомбардировки и того факта, что более молодые люди подвергаются более высокому радиационному риску, отчасти потому, что у них больше времени для развития рака. Цель максимального радиационного максимума состоит в том, чтобы удержать человека ниже 3-процентного риска смертности от рака: другими словами, при таком пределе радиации ожидается, что не более трех из 100 астронавтов умрут от рака, вызванного радиацией, в течение их жизни.
«НАСА использует стандарты для установления пределов воздействия в космическом полете, чтобы защитить здоровье и работоспособность астронавтов НАСА, как во время миссии, так и после нее», — говорит Дэйв Франциско из Управления главного санитарно-медицинского управления НАСА.
Он признает, что, хотя астронавты в марсианских миссиях выиграют от разреженной марсианской атмосферы, которая обеспечивает некоторую ограниченную защиту, «транзит в глубоком космосе имеет самые высокие уровни воздействия».
Это означает, что дальние космические путешествия сопряжены с самыми большими рисками. Пребывание на поверхности Луны в течение шести или более месяцев — при условии, конечно, что астронавты в конце концов окажутся там и не будут проводить большую часть своего времени в подземных средах обитания, — потребует около 200 миллизивертов облучения, что больше, чем длительное время. посещение МКС. А астронавт, отправляющийся на Марс, подвергнется еще большему облучению. Достигли ли они Красной планеты через лунную остановку или прямым космическим полетом, они могли подвергнуться значительному радиационному облучению в пути. Еще до того, как они отправились домой, они могли уже превысить лимит в 600 миллизивертов. Весь рейс, который, вероятно, продлится пару лет, может потребовать более 1000 миллизивертов.
Так что, если астронавты, а не только роботы, будут отправлены на Марс, НАСА, вероятно, придется запросить для них отказ, говорит Хричак, хотя точный процесс получения отказа еще не изложен.
Предложение отчета о новом максимуме радиации не лишено критики. «Для миссии на Марс 35-летняя женщина прямо на этом пределе может иметь более 10-процентный шанс умереть через 15-20 лет. Для меня это все равно, что играть с экипажем в русскую рулетку», — говорит Фрэнсис Кучинотта, физик из Университета Невады в Лас-Вегасе и бывший сотрудник радиационной безопасности НАСА. Несмотря на предполагаемые преимущества новых ограничений для женщин-астронавтов, он обеспокоен тем, что риски особенно заметны для молодых женщин в космосе.
Наоборот, говорит Хричак, в своем запросе на новые ограничения НАСА стремилось быть консервативным. Европейское, канадское и российское космические агентства в настоящее время имеют более высокую максимально допустимую дозу в 1000 миллизивертов, в то время как ограничение Японии зависит от возраста и пола, как и нынешнее ограничение НАСА, в основном из-за общей зависимости от данных о выживших после атомной бомбардировки.
Но в отличие от человека, находящегося поблизости от ядерного взрыва, риск для астронавта, подвергшегося воздействию космического излучения, носит долгосрочный, а не немедленный характер. Без надлежащей защиты (которая, как правило, довольно тяжелая и, следовательно, непомерно дорогая для запуска) их шансы заболеть раком, а также сердечно-сосудистыми заболеваниями, катарактой и повреждением центральной нервной системы немного увеличиваются с каждым днем, когда они находятся в космосе. В клетках человека космическое излучение может разорвать обе нити двойной спирали молекулы ДНК. И хотя несколько таких случаев могут сопровождаться очень ограниченным риском, каждый дополнительный разрыв повышает вероятность развития вредной мутации, которая может вызвать рак.
Однако, к счастью, в организме есть способы восстановления некоторых видов повреждений ДНК, и можно изучать восстановление ДНК в космосе, как показало новое исследование, опубликованное в журнале PLOS ONE в конце июня.
«В ходе этого эксперимента было применено множество методов, которые никогда раньше не применялись в очень сложных условиях Международной космической станции», — говорит Себастьян Крейвес, соучредитель студенческого конкурса «Гены в космосе», в рамках которого проводилось исследование. и соавтор исследования. Используя дрожжевые клетки на борту МКС, Кох сама провела эксперимент, который может стать предвестником будущих попыток тщательного мониторинга повреждений ДНК и восстановления клеток у астронавтов.
В дополнение к медицинским технологиям, скорее всего, будут развиваться двигательные установки и экраны для защиты от космической радиации. Частицы, вылетающие из Солнца, например, могут быть заблокированы несколькими сантиметрами алюминия или других материалов, хотя астронавты вне своего космического корабля или вне будущих лунных или марсианских структур будут уязвимы. И их нельзя так же легко защитить от более энергичных источников космического излучения, таких как тяжелые ионы, исходящие от далеких взрывающихся звезд.
В любом случае, учитывая, как мало известно о различных рисках для здоровья от различных видов космической радиации по сравнению с радиацией, с которой мы знакомы на Земле, исследователи, несомненно, продолжат подобные исследования, чтобы максимально защитить астронавтов. «Я могу точно сказать, какое облучение вы получите от компьютерной томографии, — говорит Хричак, — но с космическим излучением связано много неопределенностей».
ОБ АВТОРЕ(АХ)
Рамин Скибба — научный писатель из Сан-Диего, Калифорния. Его можно найти на raminskibba.net. Следите за Ramin Skibba в Twitter
Команда UW работает над защитой от космической радиации
MADISON, Wis. — От миссий на Марс до колоний на Луне — у человечества есть амбициозные планы путешествий, которые простираются далеко за пределы нашей планеты.
«Освоение космоса — это большая проблема этого века», — сказала Елена Д’Онгиа, доцент астрономии Университета Висконсин-Мэдисон.
Что вам нужно знать
- Частицы космического излучения представляют угрозу для человека в долгосрочных космических полетах
- Команда UW-Madison недавно получила грант НАСА на усовершенствование своей конструкции, защищающей космических путешественников от радиации
- Их конструкция основана на портативном магнитном поле, которое может отклонять частицы до того, как они попадут в космический корабль
- Технология может быть важна для будущих миссий, таких как путешествие на Марс или постоянные базы на Луне
Но космос полон опасностей для людей-путешественников. И одной большой проблемой для более длительных миссий является проблема космического излучения — энергетических частиц, которые летают в космосе и могут нанести вред человеческому телу.
Теперь Д’Онгиа и другие исследователи Университета Вашингтона пытаются найти способ защитить астронавтов от этих частиц, когда они продвигаются глубже в Солнечную систему.
Ее команда недавно получила финансирование от НАСА для продолжения работы над своей концепцией — переносным магнитным полем, которое может отражать излучение космического корабля.
Космическое излучение может звучать как научно-фантастическое оружие. Но это очень реальная угроза для людей в космосе, сказал Д’Онгиа, и людям необходимо решить важнейшую проблему, прежде чем мы отправимся в наши межпланетные путешествия.
«Пока мы не решим эту проблему, я не думаю, что возможно исследование космоса людьми в долгосрочных миссиях», — сказал Д’Онгиа. «Мы не выживем».
Космическая угроза
В космосе то, что может выглядеть как пустая пустота, на самом деле заполнено крошечными частицами, летящими вокруг на высоких скоростях.
Космическое излучение, которое может исходить от взрывающихся звезд или других явлений даже за пределами нашей Солнечной системы, окружает нас повсюду во Вселенной. Но здесь, на Земле, у нас есть некоторая защита от этих заряженных частиц, объяснил Д’Онгиа.
«Наш вид достаточно защищен на Земле, потому что у нашей планеты есть магнитное поле», — сказала она. «Это похоже на кокон вокруг Земли, и в основном отклоняет все эти частицы, исходящие от солнца или нашей галактики».
Это магнитное поле выходит за пределы нашей планеты, сказал Паоло Дезиати, научный сотрудник UW-Madison, который сотрудничает с Д’Онгией в проекте. По его словам, когда астронавты находятся на Международной космической станции, например, они все еще находятся в зоне действия защитного экрана Земли.
Но «если вы отправитесь еще дальше на Луну или Марс, тогда это другой вопрос», — сказал Дезиати, изучающий космические лучи в Висконсинском центре астрофизики частиц IceCube.
Как только космические путешественники покидают магнитное поле Земли, частицы космического излучения могут проходить через их тела, объяснил Д’Онгиа. Это плохая новость, потому что по мере прохождения эти частицы оставляют после себя запасы энергии, которые могут повредить человеческое тело.
Точные медицинские последствия воздействия космического излучения все еще изучаются, говорят исследователи, но они могут включать в себя все, от повреждения сердца до неврологических проблем и мутации ДНК.
До сих пор астронавты отваживались выходить за пределы магнитного поля Земли только для коротких поездок, таких как миссии на Луну, которые длятся несколько дней, сказал Д’Онгиа. Однако по мере того, как мы устремляемся дальше в космос, нам придется иметь дело с радиацией на постоянной основе.
«Для очень длительного путешествия на Марс проблема заключается в том, что это низкое воздействие радиации в течение нескольких месяцев, одного, двух или трех лет потенциально очень опасно», — сказал Дезиати.
От мозгового штурма до гранта НАСА
Разработка технологий для НАСА не совсем обычная повседневная работа для этих двух исследователей. Их обычные исследования имеют тенденцию быть более абстрактными: Д’Онгиа занимается динамикой далеких галактик, а Дезиати изучает свойства космических лучей.
Но после того, как несколько лет назад у нее возникли проблемы со здоровьем, от которых она сейчас оправилась, Д’Онгиа сказала, что думает о том, как она могла бы оказать более непосредственное влияние.
Паоло Дезиати и Елена Д’Онгиа. (Фото предоставлено Паоло Дезиати)
— Я думал, что жизнь может быть короткой, — сказал Д’Онгиа. «Я хотел сделать что-то более полезное для общества».
Итак, когда встал вопрос о космической радиации — во время мозгового штурма в кофейне, что они делали регулярно — они решили отнестись к этому серьезно. Они приступили к поиску способа предотвратить попадание опасных частиц в тела астронавтов.
Чтобы отклонить излучение во время космических миссий, Д’онгиа и Дезиати решили, что они могут черпать вдохновение из того, что происходит на нашей планете, где магнитные силы защищают нас.
«Мы просто имитировали то, что делает природа», — сказал Д’Онгиа. «Обычно природа умнее нас».
На Земле магнитосфера поддерживается сверхгорячими силами глубоко внутри планеты, – сказал Д’Онгиа.
Чтобы создать свой собственный радиационный экран, исследователи решили положиться на сверхпроводники, которые пропускают сильные электрические токи через ряд катушек для создания магнитных сил. По словам Дезиати, размещая катушки определенным образом, они могут формировать защитное поле в соответствии со своими потребностями.
«Мы можем создать искусственное магнитное поле, которым мы сможем окружить космический корабль», — сказал Дезиати. «И это немного похоже на мини-Землю».
Но космический полет дело тонкое, и создать систему, соответствующую его ограничениям, может быть непросто. По словам Дезиати, прошлые исследователи уже предлагали использовать магнитные поля, но у них возникли проблемы с разработкой чего-то достаточно легкого для запуска.
Это были вопросы, которые два исследователя не могли решить сами по себе, поэтому они начали привлекать помощь.
Частично это включало регистрацию в программе UW-Madison «От открытия к продукту», или D2P, сказал Дезиати.
По его словам, программа помогла им мыслить как предприниматели, выясняя вопросы источников финансирования и потенциальных клиентов, чтобы воплотить свою идею в жизнь.
Исследователи также знали, что им нужны инженерные умы, чтобы решить технические вопросы. Поэтому они наняли группу студентов-инженеров из Университета Вашингтона в Мэдисоне, чье творческое мышление помогло придумать дизайн устройства, сказал Д’Онгиа.
Проект прошел долгий путь, начиная с беседы в кафе и заканчивая побочным проектом и обычной рабочей нагрузкой исследователя, отметил Дезиати.
«У нас не было на это денег, — сказал Д’Онгиа. — И это было во время пандемии.
Облегчение нагрузки
Ранее в этом году эта конструкция, которую команда назвала CREW HaT, получила одобрение НАСА в рамках своей инновационной программы передовых концепций. По словам Д’Онгиа, программа предназначена для признания идей, которые могут изменить будущие космические миссии, и предоставит команде финансирование для дальнейшего совершенствования своей концепции.
Модель CREW HaT, предназначенная для создания магнитного поля против космического излучения. (Любезно предоставлено Паоло Дезиати)
Когда вы пытаетесь отправить что-то в космос, одной из главных проблем является вес. По словам Дезиати, в дизайне команды используется новая установка, позволяющая отклонять частицы, оставаясь при этом максимально легкими.
Прошлые попытки основывались на идее замкнутого магнитного поля, объяснил он, когда наэлектризованные катушки закручиваются в тесные цилиндры. По его словам, размещение этих цилиндров вокруг космического корабля создает интенсивные магнитные силы, которые могут отталкивать частицы, как зеркало, но также требуются массивные, тяжелые конструкции, чтобы удерживать все вместе.
Модель CREW HaT частично уменьшает этот вес за счет создания открытого магнитного поля, сказал Дезиати.
В этой установке катушки более разбросаны, а магнитные силы не такие интенсивные. Но магнитное поле простирается дальше в космос, так что частицы мягко отклоняются, когда они приближаются к сосуду — больше похоже на то, что происходит на нашей планете.
«Вы не хотите, чтобы астронавты жили в магнитном поле, которое сильнее, чем то, к которому мы привыкли здесь, на Земле», — сказал Дезиати. «И вы хотите, чтобы магнитное поле было в основном снаружи, потому что вы хотите, чтобы частицы его чувствовали».
С помощью гранта НАСА Д’Онгиа и Дезиати продолжат изучать возможности и ограничения своей конструкции. По словам Д’Онгиа, они надеются и дальше расширять свою команду с помощью аспирантов, а также работать с медицинскими исследователями, чтобы посмотреть, что происходит с человеческим телом, когда оно поглощает космическое излучение.
Оба исследователя много лет увлекаются космосом. Дезиати вспоминала, как в детстве была в восторге, увидев Млечный Путь, а Д’Онгиа сказала, что в молодости она была поражена тем, как идеальны кольца Сатурна выглядели в телескоп.
И теперь они воодушевлены возможностью того, что их работа может сыграть практическую роль в будущих космических путешествиях.
«Мы любим физику и науку.