Содержание
Самые страшные явления в космосе
Мы так стремимся в космос и на другие планеты, что зачастую забываем о том, какие опасности могут подстерегать нас там.
Никита Шевцев
В космосе нас ждет множество опасностей, и мы даже не подозреваем о большинстве из них. Вот несколько космических явлений, которые это подтверждают.
Космос — последний рубеж. Область между нашей родной планетой и всем остальным во Вселенной — это большая неизвестность, полная несказанных чудес, небесных объектов, настолько больших, что они поражают воображение, и некоторых действительно катастрофических событий. Вот лишь 5 самых страшных вещей в космосе.
Мегакомета
Вы готовы к «мегакомете»? Появление в нашей солнечной системе в 2021 году самой большой в истории кометы вызывает ужас. Комета C/2014 UN271 (Бернардинелли-Бернштейна) настолько велика, что ее диаметр составляет 137 километров, ледяное ядро в 50 раз больше, чем у предыдущего рекордсмена, а масса в 100 000 раз превышает массу средней кометы.
Первоначально она была классифицирована как малая планета.
К счастью, по прогнозам, этот гигантский снежный ком приблизится к Земле не ближе, чем на 1,6 миллиарда километров в 2031 году. Но во Вселенной может быть намного больше комет-монстров. Это действительно ужасающая перспектива.
Столкновение Млечного Пути с Андромедой
Она находится в 2,5 миллионах световых лет от Земли, но Андромеда, самая большая галактика в нашей местной группе, движется по ужасающей траектории: она направляется прямо к нашей галактике Млечный Путь и однажды столкнется с ней. Однако, прежде чем это произойдет, Андромеда станет доминировать в ночном небе. К счастью, это произойдет лишь примерно через 3-5 миллиардов лет.
Черные дыры в нашей галактике
Черные дыры внушают ужас: эти остатки массивной звезды, которая взорвалась как сверхновая, настолько массивны, что ничто, даже свет, не может вырваться из-под их тяготения.
К счастью, первое изображение Стрельца А *, сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, кажется довольно безопасным. В конце концов, это 26 000 световых лет от нас.
Но не все черные дыры в Млечном Пути так же далеки, как центр нашей галактики: считается, что в Млечном Пути 100 миллионов черных дыр, большая часть из которых может блуждать по галактике, оставаясь незамеченными. В этом году ученые с помощью космического телескопа «Хаббл» заметили черную дыру в нашей галактике — всего в 5000 световых годах от Земли — и даже измерили ее массу: в семь раз больше массы Солнца.
150 000 скрытых от глаз астероидов
В нашей Солнечной системе скрывается множество крупных объектов, и мы знаем лишь о малой их части. Вполне возможно, что где-то там находится неизвестный астероид, который может уничтожить жизнь на Земле, точно так же, как тот, который уничтожил динозавров 66 миллионов лет назад. К счастью, мы каждый день обнаруживаем все больше подобных объектов в нашей Солнечной системе благодаря постоянно улучшающимся обзорам с помощью широкополосных телескопов.
Ученые сегодня считают, что обнаружили порядка 90% объектов, сближающихся с Землей, которые являются «убийцами планет» — это астероиды больше 1 км в диаметре, и около 50% «убийц городов».
Однако космический телескоп Gaia Европейского космического агентства показал в этом году, что в Солнечной системе примерно в 10 раз больше астероидов, чем думали астрономы. Новый набор данных включает более 150 000 объектов в Солнечной системе, большинство из которых астероиды.
Близкая сверхновая
Еще один ужас из космоса — это возможность катастрофической сверхновой. Если звезда погибнет в результате мощного взрыва, называемого сверхновой, все, что находится в определенной «зоне поражения», будет уничтожено интенсивными волнами излучения. Астрономы подсчитали, что зона поражения простирается на 40 или 50 световых лет от взрыва сверхновой, и никакие известные звезды в такой близости от Земли, вероятно, не взорвутся в ближайшее время.
Однако возможно, что высокоэнергетические рентгеновские и гамма-лучи от более отдаленных сверхновых могут взаимодействовать с атмосферой Земли и повредить озоновый слой, который облегчил бы проникновение опасного ультрафиолетового излучения от Солнца.
Близкая сверхновая маловероятна; хотя один из самых известных красных гигантов, Бетельгейзе, находится на пороге превращения в сверхновую, а расстояние до нее составляет почти 650 световых лет. Это означает, что в случае взрыва сверхновой излучение и плазма от нее вряд ли повлияет на нашу Солнечную систему. Ближайшей к Земле сверхновой, непосредственно наблюдаемой астрономами за последние 400 лет, была 1987A (SN 1987A). Обнаруженный в Большом Магеллановом облаке, галактике-спутнике Млечного Пути, она сияла с интенсивностью, эквивалентной 100 миллионам звезд в течение многих месяцев после его открытия 23 февраля 1987 года.
Космос — зона повышенной опасности
Помимо глобальных проблем человечества существует целый ряд опасностей поистине вселенского масштаба.
Речь идет о космических угрозах. Некоторые из них кажутся незначительными на фоне тех задач, которые нужно решать в первую очередь здесь — на Земле. Но на часть космических угроз точно нельзя закрывать глаза. Космический мусор может лишить нас возможности изучать космос, непредсказуемая активность Солнца — разрушить важные объекты инфраструктуры, а «гости» из космоса — астероиды и метеориты — привести к реальным жертвам (достаточно вспомнить падение Челябинского метеорита в 2013 году). О космических угрозах и мерах по противодействию — наша беседа с научным руководителем Института астрономии РАН Борисом Михайловичем Шустовым.
Борис Михайлович Шустов – научный руководитель Института астрономии Российской академии наук, руководитель Экспертной рабочей группы по космическим угрозам при Совете РАН по космосу, член-корреспондент РАН.
— Чем активнее мы осваиваем космическое пространство, тем чаще сталкиваемся с так называемыми космическими угрозами и опасностями.
Чего нам стоит опасаться, и какие виды космических угроз выделяет научное сообщество?
— Да, вы правы. Чем активнее мы познаем окружающий мир, тем больше открывается перед нами новых перспектив. Однако мы сталкиваемся и с опасностями, о которых не подозревали. Космос — это не только область мечтаний и фантазий, но и сфера серьезной работы. При более интенсивном изучении космического пространства, мы действительно столкнулись с угрозами и опасностями. Некоторые из них существовали всегда, за другие ответственны мы сами.
Сегодня изучение космических угроз — актуальное и важное направление, которому уделяется большое внимание. Читая лекции в МГУ по курсу «Космические угрозы и ресурсы», я использую следующую классификацию таких угроз: космический мусор, космическая погода, астероидно-кометная опасность, биологические и астрофизические угрозы.
— К какому типу исследований относят сферу космических угроз? Речь идет о фундаментальном аспекте или прикладном?
— Наука о космических угрозах, по сути своей, фундаментальная, но с явным и легко объясняемым прикладным значением.
Ясно, например, что космический мусор может помешать человечеству осваивать космос. Поэтому необходимо разработать практические меры по парированию этой опасности, и фундаментальная наука должна в этом помочь. Здесь проявляется прикладное значение. С другой стороны, любая практическая задача требует четкого понимания сути опасных процессов. Так что фундаментальные знания о космических угрозах и возможных последствиях — основа для выработки дальнейших практических мер по противодействию.
— Поговорим подробнее о каждой из угроз. Что подразумевает термин «космический мусор»?
— Космический мусор — это искусственно созданные технологические объекты, выведенные в космос, которые либо не функционируют, либо представляют собой обломки или детали космических аппаратов. Подобных обломков в космосе очень много. Землю прямо сейчас окружает многослойное облако мусора. Чем он опасен? Обломки размером в 1 сантиметр и более, движущиеся со скоростью порядка нескольких километров секунду, могут оказаться страшнее снаряда.
Такой обломок может разрушить целый космический аппарат. На более высоких орбитах, где скорости меньше, опасными принято считать обломки от 3 см. Количество обломков размером более 1 см, исчисляется сотнями тысяч и миллионами. Многие из них появились в околоземном пространстве, отчасти, из-за нашего незнания или недооценки последствий.
Модель распространения космического мусора вокруг Земли
Изображение: Европейское космическое агентство (ESA)
В начале космической эры никто не заботился о том, сколько «гаек» или других конструктивных элементов будет выброшено в космос при запусках. Никто не уделял внимание осколкам, которые образовывались в результате различных экспериментов на спутниках, включая взрывы.
В конце прошлого века специалист NASA Дональд Кесслер просчитал, что будет с крупными и мелкими обломками космического мусора. Конечно, мусор на низких орбитах в конечном итоге выпадает на Землю или сгорает в атмосфере.
Но обломки на более высоких орбитах остаются там очень долго. При столкновении таких фрагментов образуется еще больше мелких элементов космического мусора. Два метровых обломка при столкновении могут создать тысячи 10-сантиметровых кусочков. А мы помним, что критический размер — 1 см. Таким образом, речь идет об опасности постоянного неконтролируемого саморазмножения. Это теоретический сценарий развития событий на околоземной орбите, когда саморазмножающийся космический мусор приводит к полной непригодности ближнего космоса для практического использования, и называют синдромом Кесслера.
Кстати, часть объектов космического мусора может приносить реальный ущерб и здесь — на Земле. Например, Казахстан несколько раз выдвигал России серьезные претензии, измеряя ущерб в десятках миллиардах долларов. Случалось, что отечественные ступени с ядовитым топливом гептилом выпадали на территории республики.
— Подобный сюжет рассматривался в фильме «Гравитация», в котором космический мусор принес много бед главным героям.
— Конечно, фильм «Гравитация» снят достойно. Однако он начинается с явной информационной диверсии — плохие русские зачем-то взорвали спутник, чьи обломки стали разрушать всё на своем пути — китайскую станцию, МКС и т.д. К сожалению, информационная война разворачивается и в СМИ, и в кино, и даже в науке.
Статистику не обманешь: мы прекрасно знаем, кто мусорит в космосе. Это наиболее активные в космосе страны — Россия, США и Китай, причем явного и постоянного лидера здесь нет. К сожалению, на конференциях западные ученые, представляя доклады по космическому мусору, как правило, используют примеры столкновений, разрушений и т.д. только российских космических аппаратов. Мир — сложный. Под каждой информацией может быть скрыт подтекст. Я не стремлюсь сделать политическое заявление. Хочу лишь сказать, что нужно быть осторожнее с подаваемой информацией. Мусорят все работающие в космосе страны — это главный вывод.
— Какие способы борьбы с космическим мусором рассматриваются сегодня как наиболее перспективные?
— Самое простое — не мусорить.
Существуют законодательные акты, в том числе международного уровня, которые регламентируют процедуры запусков и эксплуатации космических аппаратов. Эти нормативные документы направлены на то, чтобы минимизировать возможное количество остаточных элементов.
Определенный фактор риска связан с самими космическими аппаратами. Движение аппарата прогнозируется очень просто только в задаче двух тел. На самом деле, необходимо учитывать сложную динамическую картину. Она определяется не только движением Земли, Луны, Солнца, но и движением других планет, а также множеством изменчивых факторов. Именно поэтому орбиты спутников могут изменяться по вполне естественным причинам. А чтобы геостационарный спутник, например, оставался в одной точке обслуживания, его положение приходится подправлять. Соответственно, на борту должно быть топливо. 60 лет назад мало задумывались о возможных взрывах этого топлива. Сейчас и запасы, и условия хранения топлива в аппаратах четко регламентируются, но всё равно происходят аварии в космосе, вызванные взрывами топлива.
Другой важный способ уменьшения угрозы связан с уводом. Когда спутник отработал свое, его уводят на орбиту захоронения. Спутники, которые работают на геостационарных и геосинхронных орбитах (на которых спутник совершает 1 оборот вокруг Земли за 24 часа) уводят на расстояние от 300 до 500 км выше рабочей орбиты. Конечно, спутник становится мусором, но на такой орбите он не причинит вреда. Спутники на низких околоземных орбитах с помощью двигателей направляют в более плотные слои атмосферы, где они полностью сгорают.
Помимо простого постулата — не мусорить, разрабатываются практические способы космической «уборки». Это особенно актуально сейчас, когда разрабатываются всё новые и новые проекты целых созвездий космических аппаратов, которые десятками тысяч будут запущены в ближайшее время.
Специалисты предлагают разные методы очистки. Крупные объекты необходимо уводить с орбиты. Существуют проекты космических аппаратов-дворников, которые будут подлетать к крупным объектам и уводить их либо на орбиту захоронения, либо на низкую орбиту, где они сгорят в атмосфере.
Помимо этого, разрабатываются проекты, которые направлены на увеличение поперечного сечения удаляемого с орбиты космического объекта, движущегося по достаточно низкой орбите. Скажем, к «мертвому» аппарату крепится надуваемый баллон. Тем самым, сечение спутника возрастает во много раз. Чем больше сечение, тем больше сопротивление атмосферы, которое тормозит спутник.
Подобные разработки уже перешли от стадии теоретических моделей к реальным экспериментам. В прошлом году группа из Университета Суррея в Англии провела эксперимент по удалению космических обломков с помощью небольшого спутника. Участники проекта продемонстрировали технологии использования сети, гарпуна и пытались реализовать систему увода в низкие слои атмосферы.
Проект RemoveDEBRIS нацелен на проведение демонстраций технологии активного удаления мусора (ADR). Это позволит найти лучший способ захвата приблизительно 40 000 кусков космического мусора, которые вращаются вокруг Земли.
Источник: Университет Суррея (Великобритания)
Еще одно важное направление связано с использованием лазерных технологий. Концентрированное излучение направляется на поверхность обломка, приводя к испарению вещества с его поверхности и созданию так называемого ракетного (реактивного) эффекта. При этом создается импульс, меняющий орбиту обломка. В одном из таких международных проектов принимает участие президент Российской академии наук академик А.М. Сергеев. Французские, итальянские и японские коллеги работают совместно с россиянами над улучшением эффективности лазеров космического базирования, предназначенных для очистки ближнего космоса.
— Поговорим о другом непредсказуемом типе угроз — космической погоде. Какими могут быть последствия влияния космической погоды для жителей Земли?
— Действительно, непредсказуемое поведение нашего светила может принести немало бед, особенно в производственно-экономической сфере.
Достаточно вспомнить знаменитый канадский black out в 1989 году (временное отключение электроэнергии. — Прим. НР). Поток заряженных частиц «столкнулся» с Землей в области Канады. При резком торможении подобные потоки генерируют мощное магнитное поле, которое влияет на длинные системы проводников на Земле. Возникающие токи силой в сотни ампер, приводят к нарушениям в длинных электрических цепях, к различным электрохимическим процессам, в том числе эрозионным, повреждающим трубопроводы и другие элементы инфраструктуры.
В планетарных масштабах непредсказуемое поведение Солнца приводит к тому, что атмосфера Земли вздувается. Мы этого практически не замечаем, однако подобные проявления серьезно нарушают работу спутников на орбите.
Что с этим делать? Мы начали разговор с того, что космические угрозы — предмет изучения, в том числе и фундаментальной науки. Важно как можно более «фундаментально» изучать Солнце. Несмотря на тысячи защищенных диссертаций и написанных монографий, наши знания о Солнце недостаточно глубоки.
Здесь оказался важным вклад астрономов, которые изучают весьма далекие светила, похожие на Солнце. Специалисты пытаются найти общие закономерности в проявлениях активности звезд. В последние годы особенное внимание привлекают так называемые супервспышки. Оказалось, что звезды типа Солнца, а также менее массивные красные карлики испытывают мощнейшие всплески активности, которые могут быть опасны для очагов жизни, возможно находящихся рядом на планетах вокруг этих звезд.
Главная задача для нас, землян, — научиться предсказывать всплески активности Солнца. Всем известна история одной из экспедиций «Аполлона», когда члены экипажа чудом успели вернуться живыми. Через два дня после их возвращения произошла сильная вспышка на Солнце. Если бы они находились в это время в космосе или на Луне, всё могло бы закончиться очень печально.
— Многие помнят разрушительное событие в Челябинске в 2013 году. Оно, как мне кажется, во многом подтвердило точку зрения о том, что астероидно-кометная опасность существует и может привести к серьезным жертвам.
Какие меры по выявлению подобных объектов предприняты в мире и в России?
— В мире (не в России) этой угрозе действительно уделяется особое внимание. На одном из заседаний Президиума Российской академии наук я делал доклад о том, какие меры может и должна принять наша страна. Но пока в России ситуация с выявлением подобных объектов не столь радужная и обнадеживающая. А вот, например, в США, странах Евросоюза, в Китае созданы или создаются национальные объединенные системы обнаружения опасных небесных тел.
В России пока такой системы нет. Для ее создания необходимо внимание государства к проблеме астероидно-кометной опасности. В NASA, например, функционирует целый Департамент по астероидно-кометной опасности. Я знаком с многими специалистами этого департамента. Мы стараемся поддерживать профессиональные связи. В данном случае внимание государства к этой угрозе позволяет США быть лидерами по обнаружению подобных объектов. Около 98 % опасных небесных тел обнаружили именно американские специалисты.
При этом всю информацию они предоставляют в открытом доступе и мы (как и другие страны) ею пользуемся.
Но если мы в России декларируем некую самостоятельность, нам нужна собственная система. И это не просто прихоть и желание быть независимыми. Это общее правило международных отношений: если ты хочешь пользоваться плодами любой международной кооперации, ты сам должен вносить свой вклад в общее дело.
Ясно, что подобные системы не интересны бизнесу. Бизнесу важны короткие деньги, тогда как система обнаружения опасных объектов рассчитана на длительную перспективу.
Мы, ученые, регулярно обсуждаем этот вопрос с представителями государственной корпорации Роскосмос. Многие специалисты, в том числе астрономы, выражают готовность активно работать в этом направлении. В работу готовы включиться институты Академии наук и вузы. Мы многое знаем, многое умеем. Но для полноценной работы над созданием собственной системы по обнаружению опасных небесных тел необходимо главное — внимание государства.
— Расскажите подробнее о проекте СОДА. На каком этапе находится его реализация?
— Проект СОДА — Система обнаружения дневных астероидов — направлен на обнаружение астероидов, подлетающих к Земле в светлое время суток. Дело в том, что наземные телескопы днем слепы. При этом радиосредства обнаружения работают на коротких расстояниях до нескольких тысяч км. Тела, подобные Челябинскому метеориту, сталкиваются с нашей планетой со скоростью около 20 км/с, следовательно, тысячи километров такие объекты пролетают за несколько минут. Этого времени недостаточно, что принять меры и хотя бы предупредить население.
Мы предложили проект небольшой космической обсерватории — телескоп диаметром всего 25 см, который будет работать в окрестности точки Лагранжа L1 в системе Земля-Солнце на расстоянии примерно полтора миллионов километров от Земли. Уникальность этой точки в том, что спутник, выведенный в ее окрестность, будет двигаться вслед за Землей, без использования двигателей.
Кстати, напомню, что в окрестности подобной точки Лагранжа L2 (в отличие от точки L1, точка L2 тоже находится на линии Земля-Солнце, но в сторону, противоположную направлению на Солнце) сейчас работает российская (с участием Германии) обсерватория «Спектр-РГ». Этим проектом нам, российским ученым и специалистам по космической технике, можно по-настоящему гордиться.
Итак, мы предложили поместить аппарат в точку L1, чтобы он наблюдал за космическим пространством вокруг Земли, описывая конус. Любое тело, которое приблизится к Земле и пересечет этот конус, будет обнаружено телескопом. В контексте астероидно-кометной угрозы интерес представляют тела размером более 10 метров. Телескопа диаметром 20-25 см, работающего в окрестности точки L1, вполне достаточно для обнаружения 10-метрового объекта на расстоянии около миллиона километров.
Проект прошел стадию глубокой предварительной технической проработки. Уже проведено предэскизное проектирование и обсуждение в головном институте Роскосмоса — Центральном научно-исследовательском институте машиностроения (ЦНИИмаш).
Проект неоднократно получал положительную оценку.
Однако подобный космический аппарат не сделать в стенах лаборатории института. Его необходимо создавать в рамках федеральной космической программы (ФКП). Вначале наши предложения к включению проекта СОДА в ФКП были одобрены. Однако вскоре были исключены.
Когда в нашей стране не хотят (не могут) что-то делать, то говорят: «Посмотрите, какая сейчас сложная ситуация». Действительно, ситуация — сложная. Но с другой стороны, необходимо, наконец, определиться — нужен ли России такой телескоп, будем ли мы пионерами в этой области или станем догонять, когда другие страны догадаются сделать нечто подобное. Кстати сказать, китайские коллеги всерьез заинтересовались проектом после наших публичных выступлений и предлагают сотрудничать. Но это уже будет китайский проект с постепенно забываемым российским участием.
Иногда я участвую в совещаниях Роскосмоса и напоминаю, что к этой теме — астероидно-кометной опасности, да и к конкретному проекту необходимо относиться серьезно.
Постоянно откладывать на потом бессмысленно. Если мы не можем реализовать проект, то тогда проще это признать и отказаться от идеи. Но я очень надеюсь, что такой проект мы сможем реализовать в не очень отдаленное время. Тем более что для этого у нас предпосылки есть.
— Множество фантастических фильмов снято о биологических угрозах из космоса и загадочных паразитирующих организмах. Что говорят ученые? Может ли на Землю попасть инопланетный организм?
— Это действительно интересный вопрос. Наличие биологических организмов в космосе еще лет 50 назад рассматривалось как фантазия. Однако сегодня ситуация стремительно меняется. Многие ученые нацелены на глубокие исследования того, что есть жизнь и каковы условия ее возникновения и выживания в космосе.
В Институте медико-биологических проблем были проведены эксперименты по устойчивости жизни в космосе. В рамках проекта «Биориск» микроорганизмы в специальных контейнерах «путешествовали» много месяцев в открытом космосе, где они подвергались жестким условиям космоса — глубокому вакууму, резкому температурному и радиационному воздействию.
И после таких испытаний организмы выжили!
А специалисты из МГУ облучали микроорганизмы огромными дозами жесткого излучения. Оказалось, что интенсивность облучения, способную убить человека за несколько часов, микроорганизмы могут выдерживать в течение миллионов лет. Вывод: если жизнь в космосе зародилась, тот вывести эту «заразу» крайне сложно.
В контексте разговора о биологических угрозах из космоса, следует отметить полеты космических кораблей на Луну или Марс.
Если вас сегодня спросят — есть ли жизнь на Марсе, то смело отвечайте — уже есть. Мы не можем на 100% стерилизовать космическую технику. Стерилизация предполагает жесткое облучение или сильный нагрев. А это может повредить аппарат.
Поэтому существуют нормы для различных типов аппаратов. Они определяют допустимое количество микроорганизмов, которые могут находиться на единице площади космического аппарата. Конечно, это не ноль. Так что в любом случае, мы привозим микроорганизмы на другие объекты Солнечной системы.
Кажется, что нам-то ничего не грозит. Но мы ведь и возвращаем некоторые космические аппараты на Землю. Вместе с ними возвращаются и микроорганизмы. В каком виде они вернутся на планету — неизвестно. Все мы знаем о мутациях и способности живых организмов к адаптации.
Эта проблемой занимаются многие ученые и специалисты. При Совете РАН по космосу создана экспертная группа по планетарной биозащите. В дальнейшем, эти исследования, как мне кажется, будут приобретать всё большую актуальность.
— Вы также упомянули астрофизические опасности. Что они собой представляют?
— Прилагательное «астрофизические» предполагает процессы и объекты за пределами Солнечной системы. Попробуем взглянуть на нее со стороны. Солнечная система — это Солнце, планеты, окруженные огромным облаком кометообразных объектов — облаком Оорта. Это «строительный мусор», который остался в результате формирования Солнечной системы. Сотни миллиардов этих тел вращаются вокруг Солнца по круговым орбитам.
Именно оттуда время от времени прилетают «гости» — долгопериодические кометы. Орбиты таких комет очень вытянутые, время обращения исчисляется миллионами лет. Столкновения комет с Землей происходят, но редко. В целом картина довольно стабильная. Но представьте, что мы сблизились с какой-то соседней звездой. Она своим тяготением влияет на облако Оорта, вызывая возмущения орбит. Значительная часть кометных тел может сильно изменить свою орбиту и приблизиться на опасное расстояние к нашей планете. Или даже столкнуться с ней. Считается, что такие события (кометные ливни) не раз происходили в далеком прошлом Земли. Не исключены они и в (далеком же) будущем.
Помимо этого, опасность представляют молекулярные облака (межзвездные облака пыли и газа). На своем пути вокруг центра Галактики Солнечная система может попасть в такое облако. Межзвездные молекулы водорода при определенных обстоятельствах могут достигнуть атмосферы Земли и вступить в химическую реакцию с кислородом. Химия верхних слоев атмосферы может стать совершенно иной, недружественной человеку.
Другая угроза связана с вспышками сверхновых. Если такая вспышка произойдет недалеко, то это приведет к катастрофе глобального масштаба.
Видов астрофизических угроз много, но, конечно, такие угрозы представляют, скорее, научный интерес. Уж очень они редки. Для астрономов же это еще один стимул познания Вселенной, пусть и в сугубо фундаментальном ключе.
— Какие из названных вами угроз приобретают наибольшую актуальность в наши дни?
— Если коротко, то наиболее актуальной я считаю проблему космического мусора. От того, как мы справимся с ней, зависит будет ли у человечества продолжение космической эры. Космическая погода — вторая по значимости, на мой взгляд. И третья угроза, которая требует особого внимания — астероидно-кометная. Что касается биологической угрозы, то не будучи экспертом в этом направлении, я бы послушал специалистов.
Теперь чуть подробнее. Проблема космического мусора, к счастью, «не обижена вниманием» в нашей стране. Методы борьбы с космическим мусором рассматриваются в организациях Роскосмоса. Успешно реализуется роскосмосовская программа АСПОС — Автоматизированная Система Предупреждения об Опасных Ситуациях. Она, в основном, нацелена на обеспечение безопасности МКС и других наиболее важных космических аппаратов. Но, как мне кажется, здесь недооценена роль специалистов, занимающихся фундаментальными исследованиями. Нужно привлекать больше академических и вузовских ученых.
Космической погоде тоже уделяется определенное внимание, поскольку она, в частности, влияет на работу спутников. Но пока что мы в слишком большой степени зависим от данных, получаемых из-за рубежа. Проблемой астероидно-кометной опасности, которой я профессионально занимаюсь, тоже не стоит пренебрегать. Большая территория России, конечно, преимущество. Но это и полигон для проявления этой угрозы. Достаточно вспомнить Тунгусское и Челябинское события. Челябинское тело, кстати, было совсем небольшим по астрономическим меркам, но натворило немало бед жителям Челябинска и окрестностей.
10 Опасность для здоровья в открытом космосе
Космос — самая неблагоприятная среда для человека, и не только отсутствие гравитации мешает работе вашего тела. Космонавт сталкивается с некоторыми астрономическими угрозами своему благополучию.
Когда астронавт летит в пустоту, опасность для здоровья была бы огромной без специально разработанного скафандра и космического корабля.
Вот с чем тело должно иметь дело:
1. Потеря давления воздуха
Шагнув в космос, вы попадаете в вакуум: практически нет молекул газа только космос, как следует из названия.
Дама Фрэнсис Эшкрофт, генетик из Оксфордского университета, объясняет, что незащищенные вы погибнете за несколько коротких, мучительных мгновений, поскольку «воздух вырвется из ваших легких, растворенные газы в вашей крови и биологических жидкостях испарятся, заставив ваши клетки разделиться и образование пузырьков в ваших капиллярах, чтобы кислород не поступал в ваш мозг; воздух, попавший во внутренние органы, расширится, разорвав кишечник и барабанные перепонки… вы потеряете сознание менее чем через пятнадцать секунд».
Подробнее: Как возникла Вселенная
2. Температура замерзания
попадает в выходное сопло, он мгновенно вспыхивает, превращаясь в десять миллионов маленьких кристаллов льда, которые расходятся почти в виде полусферы… вещество летит во всех направлениях, и все радиально от космического корабля с относительно высокой скоростью»
Астронавт Аполлона-9 Расти Швейкарт описывает, что происходит к человеческим отходам после того, как он покинет корабль — при температуре -270°C в космосе очень холодно. Если это то, что происходит с мочой, подумайте, что может произойти с остальной частью вашего тела.
3. Перегрузки
Во время взлета тело подвергается воздействию сильных перегрузок по мере ускорения космического корабля. Вначале вы почувствуете тяжесть и вам будет трудно встать; без «костюма Anti-G» вы можете потерять зрение, а затем и сознание, поскольку кровь притягивается к вашим ногам, лишая ваш мозг кислорода. Также будет трудно дышать, так как ваша диафрагма опущена.
4. Микрогравитация
В космосе почти нет гравитации; космонавт невесом. Потеряв гравитационное притяжение Земли, жидкости вашего тела смещаются вверх, в результате чего ваше лицо опухает, а глаза выпучиваются.
Между тем, увеличенный объем крови возле сердца обманывает организм, заставляя его думать, что ему нужно уменьшить выработку эритроцитов.
Более того, потеря плотности костей и мышечной массы происходит, когда космонавт перестает использовать свои ноги для ходьбы, а вместо этого парит; его позвоночник также удлинится, что сделает его выше.
5. Космический мусор
Возможно, это никак не повлияет на ваше тело, но об этом должны помнить все астронавты. Поскольку вокруг Земли вращается более 500 000 обломков или «мусора», движущихся со скоростью до 17 500 миль в час, астронавты даже подвергаются риску отлетающих пятен краски, в результате чего повреждаются многочисленные окна космических челноков.
6. Обжигающее тепло
Солнце нагревает одну сторону Международной космической станции до 121°C; тесные жилые помещения и огромное количество электронного оборудования внутри хорошо изолированного космического корабля также могут сделать его невыносимо жарким.
Однако основная опасность перегрева возникает при входе в атмосферу Земли из-за трения и быстрого сжатия воздуха. По оценкам НАСА, температура может превышать 2500°C: способна плавить сталь и железо; смертелен для человека.
7. Перевернутый пейзаж
Космонавты часто страдают от «космической болезни» — чувства головокружения, головной боли, головокружения, тошноты, сонливости и раздражительности.
Человеческое равновесие зависит, помимо прочего, от ваших глаз, ушей и ног. В космосе у ваших глаз нет «фиксированного горизонта», на котором можно сфокусироваться (известный как секрет предотвращения морской болезни), поскольку космический корабль находится в постоянном свободном падении; ваше внутреннее ухо больше не может использовать гравитацию, чтобы определять вашу ориентацию, а ваши ноги парят в воздухе, не в состоянии ощущать землю. Неудивительно, что вы чувствуете себя дезориентированным.
8. Радиация
Солнечная радиация и «космические лучи» (излучение взрывающихся звезд) бомбардируют космонавта. В малых дозах они могут повредить ДНК и вызвать рак; внезапный всплеск радиации от «солнечной вспышки» убьет в течение нескольких часов.
9. Укороченный световой день
Когда космический шаттл вращается вокруг Земли, солнце восходит и заходит каждые 90 минут. Биологические часы организма регулируются циклом свет-темнота, поэтому космические путешествия нарушают ритмы вашего тела, изменяя характер сна и уровень гормонов.
10. Умопомрачительные пропорции
Психологические последствия космических путешествий так же серьезны, как и физические. Космонавт чувствует, что путешествует по, казалось бы, бесконечному пространству тайн и чудес, непостижимых размеров и мощи.
Космические путешествия могут «изменить» нас, уменьшая нас и мир, который мы называем домом, до кажущейся незначительности.
Нил Армстронг, вернувшись на землю героем, чувствовал себя не великим, а «очень-очень маленьким».
Взлететь? Только что это сделал майор Тим Пик, и его эксперименты могут многое рассказать нам о физиологии человека 9.0003
Нравится нам на Facebook и следите за нами в Twitter, чтобы получать больше историй о здоровье
Подробнее от Хелен Коуэн
Понравилась эта история? Поделись!
Опасности космических путешествий
Перед отправкой астронавтов в межпланетную миссию мы
необходимо исследовать, как условия в космосе влияют на здоровье человека.
Поэтому Международная космическая станция имеет огромное значение для обеспечения
здоровье экипажа космического корабля, отправляющегося на другие планеты
Исследование — важная стратегия выживания в эволюции.
миграция экспансивных видов зависит от изучения их ближайших или удаленных
окружение для новых источников пищи или безопасных мест обитания; это также может прийти как
в результате демографического давления или изменений окружающей среды.
Человеческий вид имеет
добавил еще одну причину для исследования, а именно любопытство. Это интеллектуальное стремление
исследование неизведанного привело великих европейских исследователей в Америку,
Австралия и Антарктида между пятнадцатым и семнадцатым веками.
Любознательность в отношении природы также является движущей силой изучения людьми
полярные шапки, взбираясь на горные вершины и ныряя в бездны
океаны. Теперь конечная граница для исследования в двадцать первом веке
пространство. Астрономические наблюдения и спутники уже дали огромные
знания о нашей Солнечной системе и Вселенной за ее пределами. Но эти
технологии могут дать лишь ограниченную картину того, что происходит снаружи;
со временем людям самим придется отправиться на другие планеты, чтобы
исследовать их более подробно. Огромные успехи в ракетостроении и
технологии космических кораблей за последние 50 лет, движимые в основном национальными
соображения безопасности, потребность в улучшении связи или желание
наблюдать изменения окружающей среды и деятельность человека на земле, сделали это
возможно отправить человека на околоземную орбиту и на Луну.
Возможно,
эти достижения в конечном итоге сделают возможным транспортировку астронавтов в
другие планеты, и Марс в частности ().
Открыть в отдельном окне
Поздняя весна на Марсе. Источник: НАСА.
Но между исследованием Земли и
исследуя космос. Прежде всего, космос — это неумолимая среда, которая
не допускает человеческих ошибок или технических сбоев. Для людей, покидающих Землю
орбите в течение длительного времени, существует еще больше опасностей. Один — ближний
отсутствие гравитации в космосе; наличие высокоэнергетического ионизирующего космического луча
(HZE) ядер это другое. Потому что и невесомость, и космические лучи
серьезные последствия для здоровья астронавтов на космическом корабле, направляющемся к Марсу, мы сначала
необходимо исследовать их влияние на клетки, ткани и наши гормональные и иммунные
системы. Однако, хотя мы и способны производить ядра HZE на Земле и изучать
их воздействие на биологический материал, мы не можем моделировать длительные периоды
низкая гравитация и их аддитивное воздействие на клетки и ткани.
Таким образом
Международная космическая станция (МКС) будет играть чрезвычайно важную роль в
оценке опасности для здоровья человека в космосе и при разработке
возможные меры противодействия.
Много информации об адаптации космонавтов к нулю
гравитации (0 г ) в космосе и по возвращении до 1 г на Земле.
Тем не менее, наше понимание этих эффектов не является полным; и не имеют
определены меры по их устранению.
Как и невесомость, и космические лучи
серьезные последствия для здоровья астронавтов на космическом корабле, направляющемся к Марсу, мы сначала
необходимо исследовать их влияние на клетки, ткани и наши гормональные и иммунные
системы
Наблюдения за космонавтами, путешествующими на космических кораблях, и русскими
многолетние пребывания космонавтов на космической станции «Мир» свидетельствуют о том, что
в 0 г оказывает серьезное воздействие на физиологию костей и мышц и
сердечно-сосудистая система. Например, возврат от 0 г к 1 г
приводит к неспособности поддерживать надлежащее кровяное давление в
вертикальное положение — ортостатическая непереносимость — и недостаточность крови
течь в мозг.
Поэтому астронавты, возвращающиеся с орбиты, должны отдыхать
несколько минут и время, необходимое для нормализации артериального давления
увеличивается со временем, проведенным в 0 г . Это может означать, что космонавты
путешествие на Марс, которое заняло бы не менее одного года в
0 г — потребуется значительное время, чтобы снова адаптироваться к гравитации после
приземлиться там или после их возвращения на Землю, если мы не найдем технологическую
решение создания искусственной гравитации на космическом корабле. Более того, там
другие сердечно-сосудистые эффекты, такие как сердечная аритмия и атрофия, которые
необходимо изучить более подробно, прежде чем мы сможем обеспечить безопасность космонавтов
в миссии на Марс. Другими последствиями длительного пребывания в условиях низкой гравитации являются потеря
костная масса и ухудшение мышечной массы. Без адекватных контрмер эти
может ухудшить способность космонавтов выполнять необходимые функции на
космическом корабле или на поверхности Марса.
Второй основной опасностью для людей-путешественников является присутствие
вышеупомянутых ядер HZE в космических лучах из-за ионизирующего эффекта, который
они воздействуют на атомы или молекулы. Хотя они не достигают Земли
поверхности, потому что они либо поглощаются атмосферой, либо отклоняются
магнитного поля Земли, уже есть некоторые экспериментальные данные о
Раковые свойства электронов, нейтронов и протонов в космических лучах
и другие потенциальные вредные воздействия на биологический материал от многочисленных
Наземные эксперименты на лабораторных животных. Кроме того, исследования
Последствия атомных бомб, сброшенных на Японию в 1945 предоставил дополнительные данные
об опасности для здоровья радиации и ядер высоких энергий.
Однако космические лучи сильно отличаются от ядерных взрывов, потому что
они включают значительно большее количество ядер HZE — остатков
коллапсирующие звезды и взрывы сверхновых, которые были выброшены в космос.
Curtis & Letaw (1989) подсчитали, что на
трехлетней марсианской миссии, около 30% клеток тела будут пройдены
Ядра HZE со значениями Z — число протонов — от 10
и 28, и что практически все клетки будут пронизаны ядрами с З
значения от 3 до 9.
Эти обходы приводят к многочисленным событиям ионизации или
ударов по клеточным молекулам. Биологическое действие ядер HZE на рак
индукция, центральная нервная система, иммунная система и глаза не
хорошо известно, равно как и взаимодействие радиационных эффектов при 0 г
учился. Следовательно, нам нужно провести еще много экспериментов и на Земле.
как на МКС до здоровья и безопасности астронавтов, отправляющихся на Марс и
дальше можно быть уверенным.
Другая, еще серьезно не исследованная проблема в дополнение к
прямое повреждение клеток является более общим действием космической радиации на
иммунная система. Тодд и др. . (1999) по оценкам
что вероятность поражения иммунной системы равна или даже
выше, чем вероятность возникновения мутаций. Проблема оценки
эти косвенные радиационные эффекты усугубляются тем фактом, что мощность дозы
HZE, произведенного в экспериментах на Земле, относительно высоки, тогда как доза
скорости в космосе, за исключением прерывистого, но редкого солнечного
факелы – довольно низкие.
Однако даже такие низкие дозы могут вызвать
значительные осложнения из-за того, что описывается как «эффект свидетеля»
в каких ячейках — наблюдателях — которые не затронуты напрямую
излучение может быть затронуто соседними клетками, которые были поражены и погибли или
мутированы. Механизмы таких эффектов включают межклеточное
связь и выделение токсических продуктов из поврежденных клеток. Таким образом
эффекты на ткани могут быть значительно больше, чем те, которые оцениваются по
отдельные клетки, особенно при низких дозах, воздействующих только на часть клеток
в ткани. Кривая доза-реакция может вообще не быть прямой линией.
но вогнутой вниз, подразумевая, что риски при низких дозах могут быть даже
больше, чем риски, оцененные при более высоких дозах, используемых в экспериментах на
Земля (Бреннер и Эллистон, 2001). Следовательно,
необходимы дополнительные эксперименты для оценки эффектов низких доз HZE
частицы на отдельных клетках и биологических тканях или модельных организмах.
Простые эксперименты с дрожжами и бактериями на орбитальном космическом корабле
показано, что 0 г не оказывает существенного влияния на радиационную реакцию.
Но
эти эксперименты не проводились на высших организмах или биологических
ткани для исследования потенциального синергизма между облучением, 0 g и
стресс космического полета на иммунную систему. Эти должны ждать
завершение МКС, но любое дальнейшее расширение космической станции сейчас
держаться из-за нехватки финансирования, в основном из-за того, что затраты на строительство были
выше, чем первоначально предполагалось (NRC, 2003). Как
Результатом является установка многочисленных объектов, таких как места обитания животных,
источник излучения и 1 г центрифуга, значительно отстает от графика, и
эксперименты на животных, такие как влияние 0 г на радиационные эффекты,
не может быть сделано.
Как ни странно, опасность радиации для здоровья в космосе стала
проблема, когда потенциальные опасности материалов, доставленных из космоса, были
обсуждалось. В 1975 году я присоединился к Совету по космическим наукам Национального исследовательского центра США.
Совета (СРН), который рассматривал, среди прочего, проблему
объекты, возвращенные с Луны или других мест из космоса, могут содержать
вредные организмы, опасные для жизни на Земле. Соответствующий
решение в то время состояло в том, чтобы изолировать эти объекты и широко стерилизовать
их рентгеновскими лучами или ультрафиолетовым излучением, или высокими температурами. Из-за моего
опыта с различными опасностями радиационного облучения, меня впоследствии спросили
присоединиться к Комитету по космической биологии и медицине Совета космических наук,
и выступал в качестве председателя его Целевой группы по биологическому воздействию космоса
излучение. Комитет подготовил документ, озаглавленный Радиационная опасность для
Экипажи межпланетных миссий: биологические проблемы и стратегии исследований 90 126
(NRC, 1996; Сетлоу,
1999) с различными выводами и рекомендациями. Два особенно
следует отметить: «Общая расчетная неопределенность рисков
радиационно-индуцированные биологические эффекты колеблются от 4- до 15-кратного
от 4 до 15 раз меньше, чем наши нынешние оценки, потому что
неопределенностей как в пути частиц HZE, так и в их отколе
продукты проникают через экранирование и количественный способ, которым эти типы
радиация влияет на биологические функции» и «Если НАСА не получит доступ к
надежный источник частиц HZE .
.. для значительной части каждого года,
потребуется более 10 лет, возможно, более 20 лет… чтобы уменьшить нынешнее
большие неопределенности в поведении переноса частиц и в биологических
функции отклика».
По иронии судьбы радиация в космосе опасна для здоровья
стала проблемой только тогда, когда потенциальные опасности материала, возвращенного из
космос обсуждались
В ответ на доклад НАСА и Брукхейвенской национальной лаборатории
(BNL) создала финансируемый НАСА объект в BNL, NASA Space Radiation
Лаборатория (NSRL) по производству ядер HZE, имитирующих космическое излучение.
Введенный в эксплуатацию в июле этого года НРЛ будет проводить наземные эксперименты
для определения биологических эффектов ядер HZE и проверки соответствующих
контрмеры по минимизации уровня радиации в космическом аппарате. Один
очевидным способом уменьшить количество ядер HZE, пересекающих космический корабль, было бы
включить соответствующее экранирование. Обычные типы экранирования, думается
Это могут быть тяжелые металлы, такие как свинец, или более легкие металлы, такие как алюминий.
Однако, хотя поток частиц космических лучей легко ослабляется
таких щитов, частицы расщепляют ядра в щите, что производит
энергичные продукты расщепления — ядра с меньшей массой, которые также ионизируют
и выступать в качестве дополнительного источника излучения.
показывает долю ячеек, которые избегают пересечения частицами HZE в виде
зависит от массы алюминиевого экрана и времени нахождения в нем.
космос (Бреннер и Эллистон, 2001). Чем дольше
время, проведенное в космосе, тем больше клеток поражено — обратите внимание, что масса
экранирование имеет лишь незначительный эффект. Свинец был бы еще менее эффективным
экранирующий материал, чем алюминий; вообще, металлы очень бедны
меры по защите от радиации. Более легкие элементы, такие как вода
или пластмассы, поэтому могут быть гораздо лучшими щитами без добавления дополнительных
масса космического корабля. Будущие эксперименты, которые будут проводиться в NSRL,
предоставить дополнительные доказательства о различных защитных материалах и их влиянии на
биологические системы.
Открыть в отдельном окне
Расчетная вероятность того, что ядро кроветворного органа
не пересекаться ядром трека галактического космического луча, как функция
экранирования и продолжительности в свободном пространстве. Рисунок адаптирован из Brenner & Elliston (2001).
Понимание и оценка физиологических эффектов радиации и
гравитации требуют не только экспериментов на Земле, но и обширных исследований
МКС с достаточным количеством животных и/или людей (). Однако дальнейшее расширение и работа на МКС
застопорился из-за сокращения финансирования НАСА и, совсем недавно, из-за потери
из Columbia космический шаттл в феврале этого года. В дополнение
ISS сталкивается с проблемами трудоустройства. Первоначально экипаж из шести или семи космонавтов.
планировалось, что МКС будет обслуживать и эксплуатировать станцию, а также заниматься научной
эксперименты. Однако нехватка средств означает, что не хватает
большие космические аппараты, такие как космические челноки, доступные для перевозки экипажа,
оборудования и расходных материалов, а также служить спасательным транспортным средством в случае серьезной
авария на МКС.
Поэтому из соображений безопасности численность экипажа была уменьшена.
2002 г. до трех, потому что только российских КА, Союз , был в наличии
и в аварийной ситуации он может перевозить только трех членов экипажа.
Еще одна проблема помимо прямого повреждения
клеток является более общим воздействием космической радиации на иммунную
система
Потеря шаттла Columbia в феврале 2003 г.
усугубил эту проблему. Поскольку численность экипажа была уменьшена с шести до
в-третьих, большая часть времени космонавтов будет затрачиваться на эксплуатацию и техническое обслуживание
станции, что оставляет мало времени для проведения научных экспериментов.
Без значительно больших вливаний средств на поставку оборудования и
поддержка большего экипажа, сбор основной информации об опасностях
космические путешествия не будут осуществлены в ближайшие 10–20 лет. Мы
также нужен постоянно меняющийся экипаж из не менее шести астронавтов, чтобы получить
эпидемиологически значимые данные о физиологических и психологических
эффекты 0 г на космонавтов и эффективность противодействия.
Пока не
эти эксперименты можно провести, невозможно будет гарантировать безопасность
и самочувствие астронавтов в трехлетнем путешествии на Марс и обратно.
Открыть в отдельном окне
Международная космическая станция по состоянию на 20 августа 2001 года. Источник:
НАСА.
Итак, как мы можем удовлетворить наше любопытство о Солнечной системе и за ее пределами,
и продолжить более детальное исследование ближайших планет? Есть три
возможные решения. Первый и самый очевидный — это использование беспилотных космических аппаратов.
исследовать поверхность планет и совершить посадку, например, на Марс или
Европе — одном из спутников Юпитера — и вернуть образцы на Землю. Этот
вполне может быть сделано в течение следующих 10 лет. Второе решение состоит в том, чтобы
значительно увеличить финансирование МКС. Я не могу предположить, сколько это
было бы, потому что, судя по прошлому опыту, существуют большие неопределенности
в таких оценках. И эти средства даже затмили бы сумму денег
необходим для космического корабля, который мог бы перевозить экипаж из шести или семи астронавтов.