Bezpieczniejsze podróże na Księżyc i Marsa? Powstał symulator promieniowania kosmicznego!
Promieniowanie kosmiczne jest jednym z największych wyzwań dla załogowych podróży w przestrzeni kosmicznej. Stanowi poważne zagrożenie zarówno dla zdrowia astronautów, jak i dla materiałów oraz elektroniki statków kosmicznych.
Po raz pierwszy w Europie międzynarodowy zespół badawczy, we współpracy z European Space Agency (ESA), uruchomił symulator galaktycznych promieni kosmicznych w ośrodku akceleratorowym GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research w Darmstadt.
Promieniowanie z odległych zakątków Galaktyki
Poza ochronnym polem magnetycznym Ziemi astronauci i statki kosmiczne są wystawieni na działanie intensywnego promieniowania. Oprócz cząstek emitowanych przez Słońce jego głównym składnikiem są galaktyczne promienie kosmiczne (GCR). Są to wysokoenergetyczne cząstki pochodzące spoza Układu Słonecznego, powstające m.in. w eksplozjach supernowych oraz innych gwałtownych zjawiskach zachodzących w Milky Way.
GCR składają się głównie z protonów i jąder helu, ale zawierają także cząstki o wysokim ładunku i energii – tzw. HZE – które w szczególnym stopniu przyczyniają się do napromieniowania astronautów.
Szacunki wskazują, że w przestrzeni kosmicznej każda komórka ciała astronauty jest przecinana przez proton mniej więcej co kilka dni, przez jądro helu co kilka tygodni, a przez cząstki HZE co kilka miesięcy. Dodatkowo podczas przechodzenia promieniowania przez osłony statku kosmicznego powstają neutrony i fragmenty jąder atomowych. Problem ten staje się szczególnie istotny w przypadku długotrwałych misji na Moon lub Mars, gdzie poziom promieniowania jest znacznie wyższy niż na niskiej orbicie okołoziemskiej.
Poważne zagrożenie dla zdrowia i technologii
Galaktyczne promienie kosmiczne uznawane są za jedno z najpoważniejszych długoterminowych zagrożeń zdrowotnych dla astronautów. Mogą zwiększać ryzyko nowotworów, powodować uszkodzenia komórek, a także wpływać na funkcjonowanie ośrodkowego układu nerwowego. Stanowią również zagrożenie dla systemów elektronicznych statków kosmicznych.
Z tego powodu zrozumienie i ograniczenie wpływu promieniowania jest kluczowe dla bezpiecznej i długotrwałej obecności człowieka w kosmosie. Badania nad GCR można prowadzić bezpośrednio w przestrzeni kosmicznej lub w wyspecjalizowanych akceleratorach ciężkich jonów o bardzo wysokiej energii.
Symulator kosmicznego promieniowania
W ośrodku GSI badacze z grupy fizyki promieniowania kosmicznego, kierowanej przez Christoph Schuy, wykorzystali unikalne akceleratory zdolne do generowania wysokoenergetycznych wiązek jonów niemal wszystkich pierwiastków występujących naturalnie na Ziemi.
Symulator GCR opiera się na hybrydowej metodzie aktywno-pasywnej. Energia pierwotnej wiązki jonów żelaza jest aktywnie regulowana przed jej skierowaniem na specjalne modulatory wiązki – rozwiązanie dobrze znane z terapii cząstkami w medycynie. Geometria, materiał, skład i grubość modulatorów zostały tak dobrane, aby jak najwierniej odtworzyć warunki promieniowania panujące w głębokiej przestrzeni kosmicznej.
– Nasze wyniki wykazują dobrą zgodność z wartościami znanymi z misji kosmicznych. Technika ta pozwala generować mieszane pole promieniowania, które odwzorowuje ekspozycję na GCR w lekko osłoniętym środowisku, takim jak statek kosmiczny. W przyszłości chcemy udostępnić symulator naukowcom do dalszych badań nad promieniowaniem kosmicznym. Dzięki temu osiągnięciu w pewnym sensie przenosimy Wszechświat do laboratorium – powiedział dr Schuy.
Drugi taki ośrodek na świecie
Dzięki instalacji w GSI, wspieranej przez ESA, naukowcy zyskali drugie na świecie miejsce umożliwiające symulację galaktycznych promieni kosmicznych. Pierwszy taki system działa w Brookhaven National Laboratory w Stanach Zjednoczonych i jest wspierany przez NASA.
Oba ośrodki generują wiązki o maksymalnej energii około jednego gigaelektronwolta na nukleon. Jednak budowane obecnie w Darmstadt międzynarodowe centrum akceleratorowe Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) ma w przyszłości umożliwić osiąganie energii nawet dziesięciu gigaelektronwoltów na nukleon.
Jeśli plany zostaną zrealizowane, symulator w Darmstadt stanie się najdokładniejszym narzędziem na świecie do badania wpływu promieniowania kosmicznego na ludzi i technologie przyszłych misji międzyplanetarnych.
Źródło: GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research
Czytaj też: Polska spółka kosmiczna ogłasza kolejną komercyjną misję orbitalną
Grafika tytułowa: Planet Volumes / Unsplash
