Причины космического излучения: Происхождение космических лучей. Современное состояние проблемы

У природы есть и космическая погода

В XX веке земная цивилизация незаметно переступила в своем развитии очень важный рубеж. Техносфера — область человеческой активности — расширилась далеко за пределы границ естественной среды обитания — биосферы. Эта экспансия носит как пространственный — за счет освоения космического пространства, так и качественный характер — за счет активного использования новых видов энергии и электромагнитных волн. Но все равно для инопланетян, смотрящих на нас с далекой звезды, Земля остается всего лишь песчинкой в океане плазмы, заполняющем Солнечную систему и всю Вселенную, и нашу стадию развития можно сравнить скорее с первыми шагами ребенка, чем с достижением зрелости. Новый мир, открывшийся человечеству, не менее сложен и, как, впрочем, и на Земле, далеко не всегда дружественен. При его освоении не обошлось без потерь и ошибок, но мы постепенно учимся распознавать новые опасности и преодолевать их. А опасностей этих немало. Это и радиационный фон в верхних слоях атмосферы, и потеря связи со спутниками, самолетами и наземными станциями, и даже катастрофические аварии на линиях связи и электропередач, происходящие во время мощных магнитных бурь.

Солнце — это наше всё

Рентгеновские снимки солнечной короны, постоянно наблюдаемой спутником SOHO, после солнечной вспышки покрываются многочисленными белыми точками.

В реальном магнитном поле внутренней магнитосферы Земли электроны высокой энергии наиболее надежно удерживаются во внешнем радиационном поясе (1), а протоны — во внутреннем (2).

В геомагнитном поле заряженные частицы с определенными скоростями могут захватываться в так называемые ‘магнитные бутылки’.

Эффекты, связанные с солнечной и геомагнитной активностью, наиболее сильно проявляются в приполярных районах Земли.

Число аварий в энергосетях США в районах повышенного риска (близких к авроральной зоне) возрастает вслед за уровнем геомагнитной активности.

Изменение солнечной активности влияет на живую природу. На срезе ствола сосны хорошо видно, что ширина годичных колец и, следовательно, скорость роста дерева меняются с периодом около одиннадцати лет.

Солнечная активность, выраженная среднемесячными числами Вольфа, имеет характерную цикличность, но величины максимумов и периодичность не были постоянны в течение последних 400 лет.

‹

›

Открыть в полном размере

Солнце поистине является центром нашего мира. Миллиарды лет оно удерживает планеты около себя и обогревает их. Земля остро чувствует изменения солнечной активности, проявляющиеся в настоящее время главным образом в виде 11-летних циклов. Во время всплесков активности, учащающихся в максимумах цикла, в короне Солнца рождаются интенсивные потоки рентгеновского излучения и энергичных заряженных частиц — солнечных космических лучей, а также происходят выбросы огромных масс плазмы и магнитного поля (магнитных облаков) в межпланетное пространство. Хотя магнитосфера и атмосфера Земли довольно надежно защищают все живое от прямого воздействия солнечных частиц и излучений, многие создания рук человеческих, например радиоэлектроника, авиационная и космическая техника, линии связи и электропередач, трубопроводы, оказываются очень чувствительны к электромагнитному и корпускулярному воздействию, приходящему из околоземного космического пространства. Мы уже рассказывали о том, как устроена магнитосфера Земли и как околоземное пространство реагирует на солнечную активность (см. «Наука и жизнь» № 7, 2001 г.). Познакомимся теперь с наиболее практически важными проявлениями солнечной и геомагнитной активности, часто называемыми «космическая погода».

Опасно! Радиация!

Пожалуй, одним из наиболее ярких проявлений враждебности космического пространства к человеку и его творениям, кроме, конечно, почти полного по земным меркам вакуума, является радиация — электроны, протоны и более тяжелые ядра, разогнанные до огромных скоростей и способные разрушать органические и неорганические молекулы. О вреде, который радиация наносит живым существам, хорошо известно, но достаточно большая доза облучения (то есть количество энергии, поглощенной веществом и пошедшей на его физическое и химическое разрушение) может выводить из строя и радиоэлектронные системы. Электроника страдает также и от «единичных сбоев», когда частицы особо высокой энергии, проникая глубоко внутрь электронной микросхемы, изменяют электрическое состояние ее элементов, сбивая ячейки памяти и вызывая фальшивые срабатывания. Чем сложнее и современнее микросхема, тем меньше размеры каждого элемента и тем больше вероятность сбоев, которые могут привести к ее неправильной работе и даже к остановке процессора. Эта ситуация по своим последствиям схожа с внезапным зависанием компьютера в разгар набора текста, с той лишь разницей, что аппаратура спутников, вообще говоря, предназначена для автоматической работы. Для исправления ошибки приходится ждать следующего сеанса связи с Землей при условии, что спутник будет способен выйти на связь.

Первые следы радиации космического происхождения на Земле были обнаружены австрийцем Виктором Гессом еще в 1912 году. Позднее, в 1936 году, за это открытие он получил Нобелевскую премию. Атмосфера эффективно защищает нас от космического излучения: поверхности Земли достигает совсем не много так называемых галактических космических лучей с энергиями выше нескольких гигаэлектронвольт, рожденных за пределами Солнечной системы. Поэтому изучение энергичных частиц за пределами атмосферы Земли сразу стало одной из основных научных задач космической эры. Первый эксперимент по измерению их энергии был поставлен группой советского исследователя Сергея Вернова в 1957 году. Действительность превзошла все ожидания — приборы зашкалило. Спустя год руководитель аналогичного американского эксперимента Джеймс Ван Аллен понял, что это не сбой в работе прибора, а реально существующие мощнейшие потоки заряженных частиц, не относящихся к галактическим лучам. Энергия этих частиц недостаточно велика, чтобы они могли достигать поверхности Земли, но в космосе этот «недостаток» с лихвой компенсируется их количеством. Основным источником радиации в окрестностях Земли оказались высокоэнергичные заряженные частицы, «живущие» во внутренней магнитосфере Земли, в так называемых радиационных поясах.

Известно, что почти дипольное магнитное поле внутренней магнитосферы Земли создает особые зоны «магнитных бутылок», в которых заряженные частицы могут «захватываться» на длительное время, вращаясь вокруг силовых линий. При этом частицы периодически отражаются от околоземных концов силовой линии (где магнитное поле увеличивается) и медленно дрейфуют вокруг Земли по окружности. В наиболее мощном внутреннем радиационном поясе хорошо удерживаются протоны с энергиями вплоть до сотен мегаэлектронвольт. Дозы облучения, которые можно получить при его пролете, настолько велики, что долго в нем рискуют держать только научно-исследовательские спутники. Пилотируемые корабли прячутся на более низких орбитах, а большинство спутников связи и навигационных космических аппаратов находится на орбитах выше этого пояса. Наиболее близко к Земле внутренний пояс подходит в точках отражения. Из-за наличия магнитных аномалий (отклонений геомагнитного поля от идеального диполя) в тех местах, где поле ослаблено (над так называемой бразильской аномалией), частицы достигают высот 200-300 километров, а в тех, где оно усилено (над восточно-сибирской аномалией), — 600 километров. Над экватором пояс отстоит от Земли на 1500 километров. Сам по себе внутренний пояс довольно стабилен, но во время магнитных бурь, когда геомагнитное поле ослабевает, его условная граница спускается еще ближе к Земле. Поэтому положение пояса и степень солнечной и геомагнитной активности
обязательно учитываются при планировании полетов космонавтов и астронавтов, работающих на орбитах высотой 300-400 километров.

Во внешнем радиационном поясе наиболее эффективно удерживаются энергичные электроны. «Население» этого пояса очень нестабильно и многократно возрастает во время магнитных бурь за счет вброса плазмы из внешней магнитосферы. К сожалению, именно по внешней периферии этого пояса проходит геостационарная орбита, незаменимая для размещения спутников связи: спутник на ней неподвижно «висит» над одной точкой земного шара (ее высота около 42 тысяч километров). Поскольку радиационная доза, создаваемая электронами, не столь велика, то на первый план выходит проблема электризации спутников. Дело в том, что любой объект, погруженный в плазму, должен находиться с ней в электрическом равновесии. Поэтому он поглощает некоторое количество электронов, приобретая отрицательный заряд и соответствующий «плавающий» потенциал, примерно равный температуре электронов, выраженной в электронвольтах. Появляющиеся во время магнитных бурь облака горячих (до сотен килоэлектрон вольт) электронов придают спутникам дополнительный и неравномерно распределенный, из-за различия электрических характеристик элементов поверхности, отрицательный заряд. Разности потенциалов между соседними деталями спутников могут достигать десятков киловольт, провоцируя спонтанные электрические разряды, выводящие из строя электрооборудование. Наиболее известным следствием такого явления стала поломка во время одной из магнитных бурь 1997 года американского спутника TELSTAR, оставившая значительную часть территории США без пейджерной связи. Поскольку геостационарные спутники обычно рассчитаны на 10-15 лет работы и стоят сотни миллионов долларов, то исследования электризации поверхностей в космическом пространстве и методы борьбы с ней обычно составляют коммерческую тайну.

Еще один важный и самый нестабильный источник космической радиации — это солнечные космические лучи. Протоны и альфа-частицы, ускоренные до десятков и сотен мегаэлектронвольт, заполняют Солнечную систему только на короткое время после солнечной вспышки, но интенсивность частиц делает их главным источником радиационной опасности во внешней магнитосфере, где геомагнитное поле еще слишком слабо, чтобы защитить спутники. Солнечные частицы на фоне других, более стабильны х источников радиации «отвечают» и за кратковременные ухудшения радиационной обстановки во внутренней магнитосфере, в том числе и на высотах, используемых для пилотируемых полетов.

Наиболее глубоко в магнитосферу энергичные частицы проникают в приполярных районах, так как частицы здесь могут большую часть пути свободно двигаться вдоль силовых линий, почти перпендикулярных к поверхности Земли. Приэкваториальные районы более защищены: там геомагнитное поле, почти параллельное земной поверхности, изменяет траекторию движения частиц на спиральную и уводит их в сторону. Поэтому трассы полетов, проходящие в высоких широтах, значительно более опасны с точки зрения радиационного поражения, чем низкоширотные. Эта угроза относится не только к космическим аппаратам, но и к авиации. На высотах 9-11 километров, где проходит большинство авиационных маршрутов, общий фон космической радиации уже настолько велик, что годовая доза, получаемая экипажами, оборудованием и часто летающими пассажирами, должна контролироваться по правилам, установленным для радиационно опасных видов деятельности. Сверхзвуковые пассажирские самолеты «Конкорд», поднимающиеся на еще большие высоты, имеют на борту счетчики радиации и обязаны лететь, отклоняясь к югу от кратчайшей северной трассы перелета между Европой и Америкой, если текущий уровень радиации превышает безопасную величину. Однако после наиболее мощных солнечных вспышек доза, полученная даже в течение одного полета на обычном самолете может быть больше, чем доза ста флюорографических обследований, что заставляет всерьез рассматривать вопрос о полном прекращении полетов в такое время. К счастью, всплески солнечной активности подобного уровня регистрируются реже, чем один раз за солнечный цикл — 11 лет.

Взбудораженная ионосфера

На нижнем этаже электрической солнечно-земной цепи расположена ионосфера — самая плотная плазменная оболочка Земли, буквально как губка впитывающая в себя и солнечное излучение, и высыпания энергичных частиц из магнитосферы. После солнечных вспышек ионосфера, поглощая солнечное рентгеновское излучение, нагревается и раздувается, так что плотность плазмы и нейтрального газа на высоте нескольких сотен километров увеличивается, создавая значительное дополнительное аэродинамическое сопротивление движению спутников и пилотируемых кораблей. Пренебрежение этим эффектом может привести к «неожиданному» торможению спутника и потере им высоты полета. Пожалуй, самым печально известным случаем такой ошибки стало падение американской станции «Скайлэб», которую «упустили» после крупнейшей солнечной вспышки, произошедшей в 1972 году. К счастью, во время спуска с орбиты станции «Мир» Солнце было спокойным, что облегчило работу российским баллистикам.

Однако, возможно, наиболее важным для большинства обитателей Земли эффектом оказывается влияние ионосферы на состояние радиоэфира. Плазма наиболее эффективно поглощает радиоволны только вблизи определенной резонансной частоты, зависящей от плотности заряженных частиц и равной для ионосферы примерно 5-10 мегагерцам. Радиоволны более низкой частоты отражаются от границ ионосферы, а волны более высокой — проходят сквозь нее, причем степень искажения радиосигнала зависит от близости частоты волны к резонансной. Спокойная ионосфера имеет стабильную слоистую структуру, позволяя за счет многократных отражений принимать радиосигнал диапазона коротких волн (с частотой ниже резонансной) по всему земному шару. Радиоволны с частотами выше 10 мегагерц свободно уходят через ионосферу в открытый космос. Поэтому радиостанции УКВ- и FM-диапазонов можно слышать только в окрестностях передатчика, а на частотах в сотни и тысячи мегагерц связываются с космическими аппаратами.

Во время солнечных вспышек и магнитных бурь количество заряженных частиц в ионосфере увеличивается, причем так неравномерно, что создаются плазменные сгустки и «лишние» слои. Это приводит к непредсказуемому отражению, поглощению, искажению и преломлению радиоволн. Кроме того, нестабильные магнитосфера и ионосфера и сами генерируют радиоволны, заполняя шумом широкий диапазон частот. Практически величина естественного радиофона становится сравнимой с уровнем искусственного сигнала, создавая значительные затруднения в работе систем наземной и космической связи и навигации. Радиосвязь даже между соседними пунктами может стать невозможной, но взамен можно случайно услышать какую-нибудь африканскую радиостанцию, а на экране локатора увидеть ложные цели (которые нередко принимают за «летающие тарелки»). В приполярных районах и зонах аврорального овала ионосфера связана с наиболее динамичными областями магнитосферы и поэтому наиболее чувствительна к приходящим от Солнца возмущениям. Магнитные бури в высоких широтах могут практически полностью блокировать радиоэфир на несколько суток. При этом, естественно, замирают и многие другие сферы деятельности, например авиасообщение. Именно поэтому все службы, активно использующие радиосвязь, еще в середине XX века стали одними из первых реальных потребителей информации о космической погоде.

Токовые струи в космосе и на Земле

Любители книг о полярных путешественниках наслышаны не только про перебои радиосвязи, но и про эффект «сумасшедшей стрелки»: во время магнитных бурь чувствительная стрелка компаса начинает вертеться как угорелая, безуспешно пытаясь уследить за всеми изменениями направления геомагнитного поля. Вариации поля создаются струями ионосферных токов силой в миллионы ампер — электроджетов, которые возникают в полярных и авроральных широтах при изменениях в магнитосферной токовой цепи. В свою очередь магнитные вариации, согласно всем известному закону электромагнитной индукции, генерируют вторичные электрические токи в проводящих слоях литосферы Земли, в соленой воде и в оказавшихся поблизости искусственных проводниках. Наводимая разность потенциалов невелика и составляет примерно несколько вольт на километр (максимальное значение было зарегистрировано в 1940 году в Норвегии и составило около 50 В/км), но в протяженных проводниках с низким сопротивлением — линиях связи и электропередач, трубопроводах, рельсах железных дорог — полная сила индуцированных токов может достигать десятков и сотен ампер.

Наименее защищены от подобного влияния воздушные низковольтные линии связи. И действительно, значительные помехи, возникавшие во время магнитных бурь, были отмечены уже на самых первых телеграфных линиях, построенных в Европе в первой половине XIX века. Сообщения об этих помехах можно, вероятно, считать первыми историческими свидетельствами нашей зависимости от космической погоды. Получившие распространение в настоящее время волоконно-оптические линии связи к такому влиянию нечувствительны, но в российской глубинке они появятся еще нескоро. Значительные неприятности геомагнитная активность должна доставлять и железнодорожной автоматике, особенно в приполярных районах. А в трубах нефтепроводов, зачастую тянущихся на многие тысячи километров, индуцированные токи могут значительно ускорять процесс коррозии металла.

В линиях электропередач, работающих на переменном токе частотой 50-60 Гц, индуцированные токи, меняющиеся с частотой менее 1 Гц, практически вносят только небольшую постоянную добавку к основному сигналу и должны были бы слабо влиять на суммарную мощность. Однако после аварии, произошедшей во время сильнейшей магнитной бури 1989 года в канадской энергетической сети и оставившей на несколько часов половину Канады без электричества, такую точку зрения пришлось пересмотреть. Причиной аварии оказались трансформаторы. Тщательные исследования показали, что даже небольшая добавка постоянного тока может вывести из строя трансформатор, предназначенный для преобразования переменного тока. Дело в том, что постоянная составляющая тока вводит трансформатор в неоптимальный режим работы с избыточным магнитным насыщением сердечника. Это приводит к избыточному поглощению энергии, перегреву обмоток и в конце концов к аварии всей системы. Последовавший анализ работоспособности всех энергетических установок Северной Америки выявил и статистическую зависимость между количеством сбоев в зонах повышенного риска и уровнем геомагнитной активности.

Космос и человек

Все описанные выше проявления космической погоды можно условно характеризовать как технические, а физические основы их влияния в общем известны — это прямое воздействие потоков заряженных частиц и электромагнитных вариаций. Однако невозможно не упомянуть и о других аспектах солнечно-земных связей, физическая сущность которых не вполне ясна, а именно о влиянии солнечной переменности на климат и биосферу.

Перепады полного потока излучения Солнца даже во время сильных вспышек составляют менее одной тысячной солнечной постоянной, то есть, казалось бы, они слишком малы, чтобы непосредственно изменять тепловой баланс атмосферы Земли. Тем не менее существует ряд косвенных доказательств, приведенных в книгах А. Л. Чижевского и других исследователей, свидетельствующих о реальности солнечного влияния на климат и погоду. Отмечалась, например, выраженная цикличность различных погодных вариаций с периодами, близкими к 11- и 22-летним периодам солнечной активности. Эта периодичность отражается и на объектах живой природы — она заметна по изменению толщины древесных колец.

В настоящее время широкое (может быть, даже излишне широкое) распространение получили прогнозы влияния геомагнитной активности на состояние здоровья людей. Мнение о зависимости самочувствия людей от магнитных бурь уже твердо устоялось в общественном сознании и даже подтверждается некоторыми статистическими исследованиями: например, количество людей, госпитализированных «скорой помощью», и число обострений сердечно-сосудистых заболеваний явно возрастает после магнитной бури. Однако с точки зрения академической науки доказательств собрано еще недостаточно. Кроме того, в человеческом организме отсутствует какой-либо орган или тип клеток, претендующих на роль достаточно чувствительного приемника геомагнитных вариаций. В качестве альтернативного механизма воздействия магнитных бурь на живой организм часто рассматривают инфразвуковые колебания — звуковые волны с частотами менее одного герца, близкими к собственной частоте многих внутренних органов. Инфразвук, возможно, излучаемый активной ионосферой, может резонансным образом воздействовать на сердечно-сосудистую систему человека. Остается только заметить, что вопросы зависимости космической погоды и биосферы еще ждут своего внимательного исследователя и к настоящему времени остаются, наверное, самой интригующей частью науки о солнечно-земных связях.

В целом же влияние космической погоды на нашу жизнь можно, вероятно, признать существенным, но не катастрофичным. Магнитосфера и ионосфера Земли неплохо защищают нас от космических угроз. В этом смысле интересно было бы проанализировать историю солнечной активности, пытаясь уяснить, что может ждать нас в будущем. Во-первых, в настоящее время отмечается тенденция к увеличению влияния солнечной активности, связанная с ослаблением нашего щита — магнитного поля Земли — более чем на 10 процентов за последние полвека и одновременным удвоением магнитного потока Солнца, служащего основным посредником при передаче солнечной активности.

Во-вторых, анализ солнечной активности за все время наблюдений солнечных пятен (с начала XVII века) показывает, что солнечный цикл, в среднем равный 11 годам, существовал не всегда. Во второй половине XVII века, во время так называемого минимума Маундера, солнечных пятен практически не наблюдалось в течение нескольких десятилетий, что косвенно свидетельствует и о минимуме геомагнитной активности. Однако идеальным для жизни этот период назвать трудно: он совпал с так называемым малым ледниковым периодом — годами аномально холодной погоды в Европе. Случайно это совпадение или нет, современной науке доподлинно неизвестно.

В более ранней истории отмечались и периоды аномально высокой солнечной активности. Так, в некоторые годы первого тысячелетия нашей эры полярные сияния постоянно наблюдались в Южной Европе, свидетельствуя о частых магнитных бурях, а Солнце выглядело помутневшим, возможно, из-за наличия на его поверхности огромного солнечного пятна или корональной дыры — еще одного объекта, вызывающего повышенную геомагнитную активность. Начнись такой период непрерывной солнечной активности сегодня, связь и транспорт, а с ними вся мировая экономика оказались бы в тяжелейшем положении.

***

Космическая погода постепенно занимает подобающее ей место в нашем сознании. Как и в случае с обыкновенной погодой, мы хотим знать, что нас ждет и в отдаленном будущем, и в ближайшие дни. Для исследований Солнца, магнитосферы и ионосферы Земли развернута сеть солнечных обсерваторий и геофизических станций, а в околоземном космосе парит целая флотилия научно-исследовательских спутников. Основываясь на приводимых ими наблюдениях, ученые предупреждают нас о солнечных вспышках и магнитных бурях.

Литература

Киппенхан Р. 100 миллиардов Солнц: Рождение, жизнь и смерть звезд. — М., 1990.

Куликов К. А., Сидоренко Н. С. Планета Земля. — М., 1972.

Мирошниченко Л. И. Солнце и космические лучи. — М., 1970.

Паркер Е. Н. Солнечный ветер // Астрономия невидимого. — М., 1967.

Радиация из космоса: может ли она привести к раку? | Клиники «Евроонко»

• Евроонко
• Вопросы и ответы
• Радиация из космоса: может ли она привести к раку?

Для большинства людей слово «радиация» несет яркую негативную окраску. Если спросить случайного человека на улице, что это такое, то, скорее всего, вы услышите рассуждения о «вредном излучении», которое вызывает мутации, рак и другие смертельно опасные заболевания. Возможно, вам встретится человек, который когда-то лечился от рака, и он расскажет, как радиация помогла уничтожить его злокачественную опухоль. Кто-то вспомнит о Чернобыле и посетует на риски атомной энергетики. А может быть вы слышали о том, как опасно излучение вышек 5G и микроволновых печей.

Истина же в том, что на самом деле радиация окружает нас повсюду. В науке чаще всего употребляют термин «ионизирующие излучения», и они далеко не всегда дело рук человека. Их предостаточно в космосе, естественные ионизирующие излучения испускаются Солнцем и даже поднимаются из недр Земли.

Откуда берется космическое излучение?

Существуют два вида космического излучения: солнечное и галактическое.

Солнечное излучение (солнечная радиация) состоит из волнового и корпускулярного компонентов. Волновой компонент — это электромагнитное излучение. Оно включает радиоволны, ультрафиолетовое, инфракрасное, рентгеновское излучение, свет, благодаря которому мы видим окружающие предметы. Корпускулярный компонент представляет собой заряженные частицы. В большинстве своем это протоны (положительно заряженные частицы, из которых состоят ядра атомов), ядра атомов гелия (альфа-частицы — состоят из двух протонов и двух нейтронов), электроны (отрицательно заряженные частицы). Солнце — самый большой естественный источник радиации рядом с Землей. Часть излучения исходит от его короны — самого верхнего, разреженного и горячего слоя. Эта солнечная радиация называется «солнечным ветром».

Запись на консультацию круглосуточно +7 (495) 668-82-28 Онлайн-запись на прием

Не все излучения одинаково опасны

Все излучения, в зависимости от того, как они действуют на воздух, воду и живые ткани, делятся на две большие группы:

Как видно на рисунке, граница между ионизирующими и неионизирующими излучениями проходит там, где находятся ультрафиолетовые лучи. Вообще их относят к неионизирующим. Но они, как и ионизирующие, способны повреждать клетки и приводить к раку.

Галактическое излучение возникает в нашей галактике за пределами Солнечной системы. Это поток ядер различных элементов, лишенных электронов и движущихся со скоростью, близкой к скорости света. Они образуются во время вспышек сверхновых — взрывов массивных звезд, в результате чего выделяется огромное количество энергии. Хотя эти звезды и находятся очень далеко от Земли, их излучение достигает нашей планеты и ежедневно «обстреливает» ее.

Воздействует ли космическое излучение на жителей Земли?

Земля постоянно подвергается воздействию больших доз космической радиации, но крепко держит этот смертоносный удар и защищает от него всех своих обитателей. У нашей планеты есть два надежных щита: атмосфера и магнитное поле. Часть космической радиации все же доходит до поверхности и воздействует на людей, но это не опасно. В среднем каждый человек получает примерно 3,5–3,9 миллизивертов радиации в год. Половина этой дозы обусловлена искусственными источниками, еще половина — естественными, и только 10% приходит из космоса.

3,5 миллизивертов в год — это много или мало? Один зиверт связан с 5,5% вероятностью того, что в позднем возрасте у человека разовьется рак, вызванный ионизирующими излучениями. В одном зиверте 1000 миллизивертов, так что бояться нечего.

Солнце — наш друг и враг

Наиболее опасное излучение, которое приходит из космоса и воздействует на человека — это ультрафиолетовые лучи Солнца.

Долгое время темный загар считался признаком здоровья и того, что человек хорошо провел лето, а в солнечных ожогах врачи и ученые не видели особой проблемы. В 30-е годы прошлого столетия было обнаружено, что в группах людей с высокими уровнями заболеваемости раком кожи реже встречаются другие злокачественные опухоли. Было даже предложено «использовать световые лучи подходящей интенсивности для преднамеренного развития рака кожи, чтобы уменьшить количество других видов рака».

В 1941 году американский профессор Фрэнк Апперли из Медицинского колледжа Вирджинии заметил, что смертность от рака кожи среди жителей более теплых штатов выше, чем в регионах с более холодным климатом. Ему удалось связать уровни смертности от рака кожи с интенсивностью воздействия солнечных лучей.

Сегодня уже ни у одного ученого и врача-онколога не возникает сомнений в том, что ультрафиолетовое излучение Солнца — главный фактор риска развития рака кожи и меланомы, так как оно повреждает ДНК в клетках. Искусственные источники УФ-лучей, такие как солярии, обладают аналогичным эффектом. Риски повышаются всякий раз, когда человек получает солнечные ожоги, и это особенно опасно в детстве.

Например, вот такой позиции придерживаются эксперты из Международного агентства по изучению рака (IARC), которое является частью ВОЗ:

• Солнечное излучение является канцерогенным для человека.
• Использование устройств для загара, являющихся источниками ультрафиолетового излучения является канцерогенным для человека.
• Ультрафиолетовые лучи являются канцерогенными для человека.

И если базальноклеточный и плоскоклеточный рак прогрессируют медленно, чаще всего их удается выявить на ранней стадии и полностью удались, то меланома — очень агрессивная злокачественная опухоль, при которой быстро происходит метастазирование и сильно ухудшается прогноз.

Подробнее о факторах риска меланомы, методах диагностики и лечения вы можете прочитать на нашем сайте в этой статье. А также мы рассказывали о том, как инженер-оптик из Франции, а ныне фотограф Пьер-Луи Ферр решил показать, что происходит с кожей людей под действием ультрафиолетового излучения.

А как насчет авиаперелетов?

Когда человек путешествие в самолете, на его организм действуют более высокие дозы космического излучения — особенно на большой высоте и в высоких широтах (ближе к северному и южному полюсам). Однако, даже при относительно частых авиаперелетах дозы по-прежнему очень малы.

Об ощутимом повышении риска развития онкологических заболеваний можно говорить только у пилотов и других членов экипажей, которым приходится находиться в воздухе очень часто. Но и у них годовая доза полученного облучения из космоса едва достигает 1 миллизиверта в год. Для экипажей, которые постоянно летают в дальние и полярные рейсы, эта доза может достигать 6 миллизивертов в год.

В 2018 году американские ученые решили сравнить заболеваемость разными онкологическими патологиями среди бортпроводников и населения в целом. Оказалось, что у бортпроводников чаще встречаются разные типы рака. Стаж работы был напрямую связан с риском развития базальноклеточного и плоскоклеточного рака кожи. Это вполне объясняется более сильным воздействием ультрафиолетового излучения на больших высотах. У женщин-бортпроводников, имевших трех и больше детей, была обнаружена связь между продолжительностью стажа и вероятностью развития рака молочной железы. Впрочем, в случае со злокачественными опухолями молочных желез роль космического излучения может быть не столь значительна: среди возможных причин — нарушения циркадных ритмов во время авиаперелетов и другие факторы риска, не связанные с работой. Этот вопрос еще предстоит изучить более подробно.

Запись на консультацию круглосуточно +7 (495) 668-82-28 Онлайн-запись на прием

Какую дозу излучения получают космонавты?

Действие самых высоких доз космической радиации приходится испытывать организму космонавтов. Когда человек находится на высоте 400 километров, на него действует более 0,5 миллизивертов в день. За 12 дней набегает доза, равная годовой для пилотов.

Действие космических излучений на космонавтов зависит от пяти основных факторов:

Были проведены некоторые исследования, во время которых изучалась связь между воздействием космического излучения и онкологическими заболеваниями у космонавтов. Ученые не обнаружили существенных рисков. Однако, у человечества на космос большие планы. Пока сложно сказать, насколько большой проблемой станет радиация, когда люди будут путешествовать в отдаленные уголки Солнечной системы или начнут колонизировать Марс. Потенциальные риски для космических туристов — еще одна актуальная и малоизученная проблема. Эксперты считают, что на орбиту точно не стоит летать людям с кардиостимуляторами и другими имплантированными электронными устройствами, потому что космическое излучение может нарушить их работу.

Космическое излучение и рак: есть ли связь?

Сохранить цитату в файл

Формат:

Резюме (текст)PubMedPMIDAbstract (текст)CSV

Добавить в коллекции

• Создать новую коллекцию
• Добавить в существующую коллекцию

Назовите свою коллекцию:

Имя должно содержать менее 100 символов

Выберите коллекцию:

Не удалось загрузить вашу коллекцию из-за ошибки
Повторите попытку

Добавить в мою библиографию

• Моя библиография

Не удалось загрузить делегатов из-за ошибки
Повторите попытку

Ваш сохраненный поиск

Название сохраненного поиска:

Условия поиска:

Тестовые условия поиска

Эл. адрес:

(изменить)

Который день?

Первое воскресеньеПервый понедельникПервый вторникПервая средаПервый четвергПервая пятницаПервая субботаПервый деньПервый рабочий день

Который день?

ВоскресеньеПонедельникВторникСредаЧетвергПятницаСуббота

Формат отчета:

РезюмеРезюме (текст)АбстрактАбстракт (текст)PubMed

Отправить максимум:

1 шт. 5 шт. 10 шт. 20 шт. 50 шт. 100 шт. 200 шт.

Отправить, даже если нет новых результатов

Необязательный текст в электронном письме:

Создайте файл для внешнего программного обеспечения для управления цитированием

Полнотекстовые ссылки

Атыпон

Полнотекстовые ссылки

Обзор

. 2015;11(7):1123-35.

doi: 10.2217/фон.15.29.

Росселла Ди Тролио
¹
, Джузеппе Ди Лоренцо, Бруно Фумо, Паоло А Асьерто

принадлежность

• ¹ Отделение медицинской онкологии и инновационной терапии, отделение меланомы, саркомы и рака головы и шеи, Институт Дж. Паскаля Национального фонда опухолей, Неаполь, Италия.

• PMID:

  25804126

• DOI:

  10.2217/фон.15.29

Обзор

Rossella Di Trolio et al.

Онкол будущего.

2015.

. 2015;11(7):1123-35.

дои: 10.2217/фон.15.29.

Авторы

Росселла Ди Тролио
¹
, Джузеппе Ди Лоренцо, Бруно Фумо, Паоло А Асьерто

принадлежность

• ¹ Отделение медицинской онкологии и инновационной терапии, отделение меланомы, саркомы и рака головы и шеи, Институт Дж. Паскаля Национального фонда опухолей, Неаполь, Италия.

• PMID:

  25804126

• DOI:

  10.2217/фон.15.29

Абстрактный

Космическое излучение может вызывать генетические и цитогенетические повреждения. Известно, что некоторые профессии, включая пилотов авиакомпаний и бортпроводников, подвергаются большему воздействию космического излучения. В систематическом поиске MEDLINE, выполненном с 19С 90 по 2014 год мы проанализировали клинические исследования по ключевым словам: космическое излучение, рак, хромосомные аберрации, пилоты и космонавты. В ряде исследований сообщалось о росте заболеваемости раком кожи среди бортпроводников авиакомпаний, и это, по-видимому, наиболее последовательный вывод. Однако, как и в случае с другими видами рака, неясно, является ли повышенное воздействие космического излучения фактором увеличения заболеваемости или это можно объяснить факторами образа жизни. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы уточнить риск развития рака в связи с космическим излучением.

Ключевые слова:

космонавты; рак; хромосомные аберрации; циркадные нарушения; кабина экипажа; когортное исследование; космическое излучение; смертность; профессиональное облучение; пилоты.

Похожие статьи

• Факторы риска рака кожи среди бортпроводников финских авиакомпаний.

  Коджо К., Хельминен М., Пуккала Э., Аувинен А.
  Коджо К. и др.
  Энн Оккуп Хайг. 2013 июль;57(6):695-704. doi: 10.1093/annhyg/mes106. Epub 2013 12 января.
  Энн Оккуп Хайг. 2013.

  PMID: 23316078

• Смертность от рака и других причин в экипажах коммерческих авиакомпаний: совместный анализ когорт из 10 стран.

  Hammer GP, Auvinen A, De Stavola BL, Grajewski B, Gundestrup M, Haldorsen T, Hammar N, Lagorio S, Linnersjö A, Pinkerton L, Pukkala E, Rafnsson V, dos-Santos-Silva I, Storm HH, Strand TE, Цзоноу А., Зиб Х., Блеттнер М.
  Hammer GP и др.
  Оккупируйте Окружающая среда Мед. 2014 май; 71(5):313-22. doi: 10.1136/oemed-2013-101395. Epub 2014 3 января.
  Оккупируйте Окружающая среда Мед. 2014.

  PMID: 24389960

• Воздействие космической радиации на пилотов авиакомпаний и бортпроводников во время полета — что за суета?

  Лим Мк.
  Лим МК.
  Энн Академ Мед Сингапур. 2001 Сентябрь; 30 (5): 494-8.
  Энн Академ Мед Сингапур. 2001.

  PMID: 11603132

• Риск меланомы у пилотов авиакомпаний и бортпроводников: метаанализ.

  Санлоренцо М., Венер М.Р., Линос Э., Корнак Дж., Кайнц В., Пош С., Вуйич И., Джонстон К., Го Д., Монико Г., МакГрат Дж.Т., Оселла-Абате С., Кваглино П., Кливер Дж.Е., Ортис-Урда С. .
  Санлоренцо М. и др.
  ДЖАМА Дерматол. 2015 Январь; 151 (1): 51-8. doi: 10.1001/jamadermatol.2014.1077.
  ДЖАМА Дерматол. 2015.

  PMID: 25188246
  Бесплатная статья ЧВК.

  Обзор.

• Космические лучи: экипажи в опасности?

  Лим МК.
  Лим МК.
  Оккупируйте Окружающая среда Мед. 2002 г., июль; 59(7):428-32; обсуждение 432-3. doi: 10.1136/oem.59.7.428.
  Оккупируйте Окружающая среда Мед. 2002.

  PMID: 12107289
  Бесплатная статья ЧВК.

  Обзор.

Посмотреть все похожие статьи

Цитируется

• Изучение эффекта армирования в (0,5-х)TeO ₂ -0,2WO ₃ -0,1Bi ₂ O ₃ -0.1MoO ₃ -0.1SiO ₂ -xCNDs Стекла, легированные углеродными наноалмазами.

  Козловский А.Л., Тлеулесова И., Боргеков Д.Б., Углов В.В., Анищик В.М., Здоровец М.В., Шлимас Д.И.
  Козловский А.Л., и соавт.
  Наноматериалы (Базель). 2022 23 сентября; 12 (19): 3310. дои: 10.3390/nano12193310.
  Наноматериалы (Базель). 2022.

  PMID: 36234438
  Бесплатная статья ЧВК.

• Внеземная гинекология: может ли космический полет увеличить риск развития рака у женщин-астронавтов? Обновленный обзор.

  Драго-Ферранте Р., Ди Фиоре Р., Каруйя Ф., Суббаннайя Й., Дас С., Айдоган Матик Б., Ариф С., Гевара-Сердан А.П., Сейлани А., Галсинх А.С., Кукульска В., Борг Дж., Сулейман С., Портерфилд Д.М., Камера А, Кристенсон Л.К., Ронка А.Е., Стеллер Дж.Г., Бехешти А., Кальеха-Агиус Дж.
  Драго-Ферранте Р. и др.
  Int J Mol Sci. 2022 5 июля; 23 (13): 7465. дои: 10.3390/ijms23137465.
  Int J Mol Sci. 2022.

  PMID: 35806469
  Бесплатная статья ЧВК.

  Обзор.

• Радиация на Земле или в космосе: что она меняет?

  Рестье-Верле Дж. , Эль-Нашеф Л., Ферлаццо М.Л., Аль-Чобок Дж., Гранзотто А., Буше А., Форей Н.
  Рестье-Верле Дж. и соавт.
  Int J Mol Sci. 2021 3 апреля; 22(7):3739. дои: 10.3390/ijms22073739.
  Int J Mol Sci. 2021.

  PMID: 33916740
  Бесплатная статья ЧВК.

  Обзор.

• Заболевания миокарда и дальние космические путешествия: решение проблемы радиации.

  Мирман М., Бракко Гартнер TCL, Буйкема Дж.В., Ву С.М., Сиддики С., Бутен CVC, Гранде-Аллен К.Дж., Суйкер В.Дж.Л., Хьортнаес Дж.
  Мирман М. и соавт.
  Front Cardiovasc Med. 2021, 12 февраля; 8:631985. doi: 10.3389/fcvm.2021.631985. Электронная коллекция 2021.
  Front Cardiovasc Med. 2021.

  PMID: 33644136
  Бесплатная статья ЧВК.

  Обзор.

• Сменная работа и риск рака кожи: систематический обзор и метаанализ.

  Юсеф Э., Митвалли Н., Нуфал Н., Тахир М.Р.
  Юсеф Э. и др.
  Научный представитель 2020 г. 6 февраля; 10 (1): 2012 г. doi: 10.1038/s41598-020-59035-x.
  Научный представитель 2020.

  PMID: 32029836
  Бесплатная статья ЧВК.

Просмотреть все статьи «Цитируется по»

Типы публикаций

термины MeSH

Полнотекстовые ссылки

Атыпон

Укажите

Формат:

ААД

АПА

МДА

НЛМ

Добавить в коллекции

• Создать новую коллекцию
• Добавить в существующую коллекцию

Назовите свою коллекцию:

Имя должно содержать менее 100 символов

Выберите коллекцию:

Невозможно загрузить вашу коллекцию из-за ошибки
Повторите попытку

Отправить по номеру

Космические лучи

Космические лучи
Космические лучи :

Космический луч — это высокоскоростная частица — будь то атомное ядро ​​или
электрон, путешествующий по галактике Млечный Путь, включая
Солнечная система. Некоторые из этих частиц происходят от Солнца, но
большинство из них происходят из источников за пределами Солнечной системы и известны как
галактические космические лучи (ГКЛ). Частицы космических лучей, достигающие
верхние слои атмосферы Земли называются первичными; их столкновения
с атмосферными ядрами дают начало вторичным.

Около 85 процентов ГКЛ составляют протоны (ядра атомов водорода),
примерно на 12 процентов состоящих из альфа-частиц (гелий
ядра). Остальные — электроны и ядра более тяжелых атомов.
Поскольку на большинство первичных космических лучей сильно влияет
магнитное поле Земли и межпланетное магнитное поле, большая часть
те, что обнаружены вблизи Земли, имеют кинетическую энергию, превышающую
около 1 ГэВ (гигаэлектронвольт или один миллиард электронвольт). Этот
энергия соответствует скоростям, превышающим примерно 87 процентов скорости
света. Количество частиц быстро падает с увеличением
энергии, но отдельные частицы с энергией до 10 ²⁰ эВ
были обнаружены.

Из-за их отклонения магнитными полями первичные ГКЛ следуют
извилистыми путями и достигают верхней части земной атмосферы
практически равномерно со всех сторон. Следовательно, идентификация
источники космических лучей не могут быть основаны на направлении прихода, а скорее
должны быть выведены из их содержания (или зарядового спектра). Это может
можно сделать, сравнив содержания космических лучей с полученными
спектроскопически для звезд и межзвездных областей. Относительная
Содержание различных элементов среди ядер космических лучей было
хорошо изучено для частиц с энергиями примерно от 100 МэВ
(мегаэлектронвольт или один миллион электронвольт) до нескольких десятков
ГэВ. Содержание изотопов было измерено для более распространенных
также элементы. По таким данным удалось реконструировать
большая часть истории путешествия частиц космических лучей через
Млечный путь. Легкие элементы литий, бериллий и бор
редки во Вселенной, но удивительно многочисленны среди
первичные ГКЛ. Принято считать, что эти легкие ядра образуются
когда более тяжелые первичные компоненты (например, углерод и кислород) фрагментированы
при столкновениях с разреженным межзвездным газом, состоящим в основном из
водород. GCR должны были находиться в пути около 10
миллионов лет, чтобы произвести достаточное количество межзвездных столкновений, чтобы
наблюдаемое количество легких ядер. Шкала времени для этого путешествия
основанный частично на наблюдении таких радиоактивных осколков, как
бериллий-10. Этот радионуклид имеет период полураспада 1,6 млн лет.
и количество таких частиц, которые могут выжить, чтобы быть обнаруженными на
Земля зависит от их общего времени в пути.

После поправки на межзвездную фрагментацию обнаруживается, что
состав предполагаемого источника в чем-то похож на общий
материя солнечной системы; однако слишком мало водорода и гелия
присутствуют, и существуют значительные различия между некоторыми изотопами. Это
Считается, что космические лучи представляют собой смесь межзвездных
материал, обогащенный веществом эволюционировавших звезд, таких как сверхновые
и, возможно, звезды Вольфа-Райе.

При столкновениях первичных космических лучей с межзвездным водородом
рождаются заряженные мезоны (в основном пионы). У этих пионов
период полураспада около двухсотмиллионных долей секунды и распад
через мюоны для производства электронов и нейтрино. Электроны
путешествовать по спиральным траекториям в галактическом магнитном поле и так
генерируют синхротронное излучение (qv), которое обнаруживается по радио
телескопы. Существует общее согласие между радионаблюдениями
и рассчитанные интенсивности. Обнаружено синхротронное излучение.
от остатков сверхновых, таких как Крабовидная туманность, подтверждая их
отождествление с потенциальными источниками космических лучей. Межзвездный
столкновения космических лучей также дают нейтральные пионы, которые быстро распадаются.
для получения высокоэнергетического гамма-излучения. Гамма-съемка (проведена
спутники на околоземной орбите) указывают на то, что космические лучи сильно
сосредоточены в диске Галактики Млечный Путь с гораздо меньшей
процент в окружающем ореоле. Измеренная интенсивность
гамма-излучение в целом согласуется с расчетными значениями.

При среднем сроке жизни 10 млн лет ГКЛ должны пополняться в
средний уровень мощности около 10 ⁴¹ эрг в секунду. Сверхновая
столько энергии могут дать взрывы, поскольку они происходят примерно каждые 50 секунд.
лет в галактике. Подробная информация о процессах, связанных с космическими лучами
производство и ускорение остаются неясными, но кажется, что
ускорение частиц может быть достигнуто за счет расширения ударных волн
от сверхновых.

Обнаружена небольшая анизотропия среди самых высоких энергий.
частиц, т. е. частиц с энергиями выше примерно 10 ¹⁸ эВ.
галактическое магнитное поле недостаточно сильное, чтобы удерживать такие
энергичные первичные частицы внутри галактики, и считается, что
они являются единственным значительным внегалактическим компонентом среди космических
лучи. Эти чрезвычайно высокоэнергетические частицы настолько редки, что они
могут быть обнаружены только по обширным атмосферным ливням (ШАЛ), которые
они производят в атмосфере. Обширный воздушный душ может состоять
миллиардов вторичных частиц (в основном электронов и мюонов), которые прибывают
на уровне земли на площади в несколько квадратных километров.

Энергетические частицы появляются из солнечных вспышек там, где они были
ускоряется сильными магнитными полями. Большинство этих частиц
протонов, с уменьшающимся числом гелия и более тяжелых ядер.
Наблюдения за соотношением гелия и кислорода среди энергичных солнечных
частицы внесли значительный вклад в изучение Солнца, потому что
Содержание гелия на Солнце трудно оценить с помощью
обычная спектроскопия. Энергетический спектр солнечных частиц, как
по сравнению с галактическими космическими лучами, как правило, уменьшается больше
быстро с увеличением энергии, но существует большая изменчивость в
форму спектра от одной солнечной вспышки к другой, и
энергетический спектр редко превышает примерно 10 ГэВ.

Исследования космических лучей проводились далеко за пределами Земли.
поверхности в космическое пространство. Пионерские исследования были проведены на
горы, где можно было обнаружить только вторичные частицы. Некоторые
вторичные мюоны обладают такой высокой энергией, что способны
проникают в Землю на глубину более 3,2 км (2 мили). Учиться
первичные космические лучи напрямую, высотные аэростаты (обычно
достигая высоты 37 км [около 120 000 футов]) были
широко используется. Ракеты могут достигать больших высот, но с меньшим
полезной нагрузки и всего на несколько минут. Наблюдения за космическими лучами также
были сделаны со спутников на околоземной орбите и с дальнего действия
зонды.

С начала 1930-х по 1950-е годы космические лучи играли
решающую роль в научном изучении атомного ядра и его
компонентов, поскольку они были единственным источником высокоэнергетических частиц.
С помощью космических лучей были обнаружены короткоживущие субатомные частицы
столкновения. Область физики элементарных частиц была фактически создана как
в результате таких открытий, начиная с позитронных
и мюон. Даже с появлением мощных ускорителей частиц
В 1950-х годах исследователи в этой области продолжали изучать
космические лучи, хотя и в более ограниченном масштабе, потому что они содержат
частиц с энергиями, намного превышающими достижимые в лабораторных условиях.