Полеты на Марс снова всерьез обсуждают и планируют в космонавтике. Готовиться к ним нужно основательно, ведь дорога туда-обратно может занимать примерно 500 дней, а радиацию от космических лучей и солнечного ветра никто к этому времени не отменит. Вдобавок на Солнце с непредсказуемой вероятностью случаются вспышки и коронарные выбросы, от которых будущим космическим путешественникам нужно будет укрываться. Группа физиков разработала систему прогнозирования грядущих протонных событий, чтобы вовремя предупреждать марсонавтов.
Работа марсонавта глазами художника / © Wikimedia Commons, NASA.
Космос, хоть и выглядит пустым, наполнен элементарными частицами, бороздящими пространство с высокой энергией. Эта космическая радиация вместе с потоком заряженных частиц от Солнца — серьезная проблема для будущих миссий.
Например, Марс, на который столь амбициозно нацелилась американская космонавтика, не защищен от космических лучей. Недавние лабораторные эксперименты показали, что следы органики на поверхности Красной планеты разрушаются в десятки раз быстрее именно из-за космических лучей, об этом рассказывал Naked Science.
Актуальные нормы эффективной дозы облучения астронавтов за всю карьеру составляют 600 миллизиверт. Для сравнения, круиз на Марс и обратно обеспечит дозу радиации в 930 миллизиверт (острая лучевая болезнь возникает, напомним, при облучении в 1000 миллизиверт). И это не учитывая облучения во время работы на поверхности планеты.
Способов снизить эффект космических лучей несколько. Марсианские базы можно строить в кратерах, под скалами и в других условиях рельефа — порода снижает воздействие радиации на 4-7%. Другой подход — модернизировать экранирование в космических аппаратах и скафандрах.
Осложняет задачу непредсказуемость космических явлений. Хотя краткосрочные прогнозы солнечных протонных событий (потоки ионов и протонов от вспышек на светиле) существуют, они надежны на околоземной орбите и системе Земля — Луна. Для путешественников на Марс — марсонавтов — прогноз нужен другой.
Новую систему предупреждения предложила группа физиков из Германии, США и Китая. Вдобавок им удалось выяснить, как далеко от убежища сможет отходить марсонавт, чтобы успеть укрыться от внезапного потока. Результаты научной работы опубликовал журнал Space Weather.
Исследователи взяли данные с детектора марсохода Curiosity — с 6 декабря 2011 года (радиация открытого космоса, аппарат летел к Красной планете) и с 6 августа 2012-го (радиация с Марса, после высадки аппарата на поверхность). За все время он зафиксировал пять событий в космосе и 17 на Марсе.
Физики подогнали фоновое излучение под стандарт и считали солнечным протонным событием те, что превышали фон на 25%. То есть, когда активность нарастает, срабатывает предупреждение. Аналогичным образом, когда уровень радиации падает ниже порога, марсонавту сообщат, что можно покидать убежище.
Другой вопрос: как долго человек может пережидать протонное событие? Подход с порогом в 25%, как подчеркивают ученые, позволяет уберечь марсонавтов от 90% дозы радиации во время вспышки.
Анализ засеченных событий показал, что в открытом космосе дольше всего астронавт укрывался бы 7 марта 2012 года (три дня семь часов 33 минуты), а на поверхности Марса — 20 мая 2024 года (один день 17 часов 55 минут). В усредненных значениях открытый космос также был более опасным местом: сутки и 18 часов против 21 часа на Красной планете.
Авторы статьи отметили, что их прогнозы позволяют марсонавтам отдаляться на расстояние, которое они преодолеют не более чем за полчаса. Хотя некоторые события дают фору и в час, и в полтора, предсказать мощность и пик активности все-таки невозможно.
Последний аспект — надежность системы предупреждения — физики проверили, сравнив ложные срабатывания при других порогах радиации: от 5% до 30%. В открытом космосе, например, прогноз срабатывал при скачке на 9% выше порога, если система перепроверяла результат через 15 минут (которые, к слову, отнимаются у астронавта на подготовку).
На Марсе же оптимальным стал порог в 25% — при нем вероятность ложной тревоги тоже 25%. Но на чужой планете лучше перестраховаться. Тем не менее исследователи допустили, что в реальных условиях пороговые значения радиации в открытом космосе и на Марсе можно снизить до 15% и 18% соответственно. Но и ложных срабатываний может быть на 8% больше, то есть треть всех предупреждений.
