Космічне опромінення. Реферат: Космічне випромінювання

Оригінал взято у sokolov9686 Так чи були американці на Місяці?

Понад 24 000 км над Землею радіація вбиває все живе

Як уже говорилося, щойно американці почали свою космічну програмуїх вчений Джеймс Ван Аллензробив досить важливе відкриття. Перший американський штучний супутник, Запущений ними на орбіту, був набагато менше радянського, але Ван Аллен додумався прикріпити до нього лічильник Гейгера. Таким чином, було офіційно підтверджено висловлену ще наприкінці ХIХ ст. видатним вченим Миколою Теслою гіпотеза про те, що Землю оточує пояс інтенсивної радіації.

Фотографія Землі астронавта Вільяма Андерса під час місії «Аполлон-8» (архів НАСА)

Тесла, однак, вважався великим диваком, а академічною наукою - навіть божевільним, тому його гіпотези про гігантське генероване Сонцем електричному зарядідавно лежали під сукном, а термін «сонячний вітер» не викликав нічого, окрім усмішок. Але завдяки Ван Аллену теорії Тесла були реанімовані. З подачі Ван Аллена та інших дослідників було встановлено, що радіаційні пояси в космосі починаються біля позначки 800 км над поверхнею Землі і сягають 24 000 км.Оскільки рівень радіації там більш менш постійний, вхідна радіація повинна приблизно дорівнювати вихідної. Інакше вона або накопичувалася б доти, доки не «запекла» Землю, як у духовці, або вичерпалася. З цього приводу Ван Аллен писав:

«Радіаційні пояси можна порівняти з судиною, яка постійно поповнюється від Сонця і протікає в атмосферу. Велика порція сонячних частинок переповнює судину і виплескується, особливо в полярних зонах, що призводить до полярних сяйв, магнітним бурямта іншим подібним явищам».

Радіація поясів Ван Аллена залежить від сонячного вітру. Крім того, вони, мабуть, фокусують або концентрують у собі цю радіацію. Але оскільки концентрувати в собі вони можуть лише те, що надійшло безпосередньо від Сонця, то відкритим залишається ще одне питання: скільки радіації в решті космосу?

NASA | Геліофізика | Супутник відкрив новий пояс радіації!

про кільця Ван Аллена 28.30 хвилина радіація вбиває все

Купа музеїв у Європі, де виставлений реголіт у вільному для перегляду доступі чималими шматками. Не вірите, адреси музеїв є легко перевірити.

Ось наприклад камінь у Тулузькому Cité de l'Espace:

Оригінал взято у toomth в Чому НАСА ховає «місячний ґрунт» від усього світу?

Вважається, що американці привезли з Місяця 378 кг місячного ґрунту та каміння. Принаймні про це заявляє НАСА. Це майже чотири центнери. Зрозуміло, що доставити таку кількість ґрунту могли лише астронавти: жодним космічним станціям це не під силу.

Камені сфотографовані, переписані та є постійними статистами «місячних» фільмів НАСА. У багатьох таких фільмах у ролі експерта та коментатора виступає астронавт-геолог «Аполлона-17», доктор Харісон Шмідт, який нібито особисто зібрав на Місяці багато таких каменів.

Логічно очікувати, що за такого місячного багатства Америка їм приголомшуватиме, всіляко демонструватиме і вже комусь, а своєму головному супернику відвалить від щедрот кілограмів 30-50. Нате, мовляв, досліджуйте, переконуйтесь у наших успіхах... Але з цим саме чомусь не виходить. Грунту нам дали мало. Натомість «свої» (знову ж таки, за даними НАСА) отримали 45 кг місячного ґрунту та каміння.

Щоправда, деякі особливо в'їдливі дослідники провели підрахунок за відповідними публікаціями наукових центрів та не змогли виявити переконливих свідчень того, що ці 45 кг дійшли до лабораторій навіть західних вчених. Більше того, за ними виходить, що в даний час у світі з лабораторії до лабораторії кочує не більше 100 г американського місячного ґрунту, тому зазвичай дослідник отримував півграма гірської породи.

Т. е. НАСА відноситься до місячного грунту, як скупий лицар до золота: зберігає заповітні центнери у своїх підвалах у надійно замкнених скринях, видаючи дослідникам лише жалюгідні грами. Не уникнув цієї долі та СРСР.

У нашій країні на той час головний науковою організацієюза всіма дослідженнями місячного ґрунту був Інститут геохімії АН СРСР (нині - ГЕОХІ РАН). Завідувач відділу метеоритики цього університету професор М.А. Назаров повідомляє: «Американцями було передано до СРСР 29,4 грама (!) місячного регота (простіше кажучи, місячного пилу) з усіх експедицій «Аполлон», а з нашої колекції зразків «Місяця-16, 20 та 24» було видано за кордон 30,2 г». Фактично американці обмінялися з нами місячним прахом, який може доставити будь-яка автоматична станція, хоча космонавти мали б привезти важкі камені, і найцікавіше подивитися на них.

Що НАСА збирається робити з рештою місячного «добра»? О, це – «пісня».

«У США прийнято рішення зберегти головну масу доставлених зразків у повній недоторканності доти, доки не будуть розроблені нові, досконаліші способи їх вивчення», - пишуть компетентні радянські автори, з-під пера яких вийшла не одна книга по місячному ґрунту.

"Необхідно витрачати мінімальну кількість матеріалу, залишивши незайманою і незабрудненою більшу частину кожного окремого зразка для вивчення майбутніми поколіннями вчених", - пояснює позицію НАСА американський фахівець Дж. А. Вуд.

Очевидно, американський фахівець вважає, що на Місяць уже не полетить ніхто і ніколи – ні зараз, ні у майбутньому. А тому потрібно берегти центнери місячного ґрунту більше за очі. Одночасно принижені сучасні вчені: вони своїми приладами можуть розглянути кожен окремий атом у речовині, їм відмовлено у довірі - не дорослі. Або рилом не вийшли. Така наполеглива турбота НАСА про майбутніх учених більш схожа на те, що це - зручний привід, щоб приховати невтішний факт: у її коморах немає ні місячного каміння, ні центнерів місячного ґрунту.

Ще одна дивина: після завершення «місячних» польотів НАСА раптом почала відчувати гостру нестачу грошей на їхнє дослідження.

Ось що пише станом на 1974 один із американських дослідників: «Значна частина зразків буде зберігатися як резерв у центрі космічних польотів у Х'юстоні. Скорочення асигнувань зменшить кількість дослідників та уповільнить темпи досліджень».

Витративши $25 млрд на те, щоб доставити місячні зразки, НАСА раптом виявило, що грошей на їхнє дослідження не залишилося.

Цікава й історія з обміном радянського та американського ґрунту. Ось повідомлення від 14 квітня 1972 року головного офіційного видання радянського періоду – газети «Правда»:

«13 квітня Президію Академії наук СРСР відвідали представники НАСА. Відбулася передача зразків місячного ґрунту з-поміж доставлених на Землю радянською автоматичною станцією «Місяць-20». Одночасно радянським ученим було передано зразок місячного ґрунту, отриманого екіпажем американського корабля «Аполлон-15». Обмін здійснено відповідно до угоди між Академією наук СРСР та НАСА, підписаною в січні 1971 року».

Тепер потрібно пройтися терміном.

Липень 1969 р.Астронавти «Аполлона-11» нібито привозять 20 кг місячного ґрунту. СРСР із цієї кількості не дають нічого. У СРСР до цього моменту місячного ґрунту ще немає.

Вересень 1970Наша станція «Місяць-16» доставляє на Землю місячний ґрунт, і відтепер радянським вченим є що запропонувати в обмін. Це ставить НАСА у скрутне становище. Але НАСА розраховує, що на початку 1971 року воно зможе автоматично доставити на Землю свій місячний ґрунт, і для цього в січні 1971 р. угода про обмін вже укладена. Але сам обмін не відбувається ще 10 місяців. Мабуть, у США щось не склалося з автоматичною доставкою. І американці починають тягнути гуму.

Липень 1971 р.У порядку доброї волі СРСР в односторонньому порядку передає США 3 г ґрунту від «Місяця-16», але від США не отримує нічого, хоча угода про обмін підписана вже півроку тому, а в коморах НАСА нібито вже лежить 96 кг місячного ґрунту (від « Аполлона-11», «Аполлона-12» та «Аполлона-14»). Минає ще 9 місяців.

Квітень 1972Нарешті НАСА передає зразок місячного ґрунту. Його нібито доставили екіпаж американського корабля «Аполлон-15», хоча з часу польоту «Аполлона-15» (липень 1971 р.) минуло вже 8 місяців. У коморах НАСА на той час нібито вже лежать 173 кг місячного каміння (від «Аполлона-11», «Аполлона-12», «Аполлона-14» та «Аполлона-15»).

Радянські вчені одержують від цих багатств якийсь зразок, параметри якого в газеті «Правда» не повідомляються. Але завдяки професору М.А. Назарову ми знаємо, що цей зразок складався з реголіту і не перевищував 29 г за масою.

Дуже схоже, що приблизно до липня 1972 року в США взагалі не було справжнього місячного грунту. Мабуть, десь у першій половині 1972 року в американців з'явилися перші грами справжнього місячного ґрунту, який був доставлений із Місяця автоматичним способом. Ось тільки тоді НАСА і виявила готовність до здійснення обміну.

А в Останніми рокамимісячний ґрунт у американців (точніше, те, що вони видають за місячний ґрунт) і зовсім почав зникати. Влітку 2002 року величезна кількість зразків місячної речовини – сейф вагою майже 3 центнери – зникла із запасників музею Американського космічного центру НАСА ім. Джонсона в Х'юстоні.

Ви ніколи не намагалися вкрасти 300-кілограмовий сейф із території космічного центру? І не спробуйте: надто важка та небезпечна робота. А ось злодюжкам, на слід яких поліція вийшла на диво швидко, це легко вдалося. Тіффані Фоулер і Тед Робертс, які працювали в будівлі в період зникнення, заарештували спеціальних агентів ФБР і НАСА в одному з ресторанів штату Флорида. Згодом у Х'юстоні був узятий під варту і третій поплічник, Ше Саур, а потім - і четвертий учасник злочину, Гордон Мак Вотер, який сприяв транспортуванню краденого. Злодії мали намір збути безцінні свідчення місячної місії НАСА за ціною $1000-5000 за грам через сайт мінералогічного клубу в Антверпені (Голландія). Вартість вкраденого, за інформацією через океан, становила понад $1 млн.

За кілька років – нове нещастя. У США в районі Вірджинія-Біч з автомобіля невідомими зловмисниками було викрадено дві невеликі запаяні пластикові коробки у формі диска зі зразками метеоритної та місячної речовини, судячи з маркування, яке було на них. Такі зразки, повідомляє Space, передаються НАСА спеціальним інструкторам «для навчальних цілей». Перш ніж отримати подібні зразки, викладачі проходять спеціальний інструктаж, під час якого їх навчають правильно поводитися з цим національним надбанням США. А «національне надбання», виявляється, так просто вкрасти... Хоча це схоже не на крадіжку, а на інсценування крадіжки з метою позбавлення доказів: немає ґрунту – немає «незручних» питань.

Космос радіоактивний. Сховатись від радіації просто неможливо. Уявіть собі, що ви стоїте посеред піщаної бурі, і навколо вас постійно кружляє вир із дрібних каменів, які ранять вашу шкіру. Приблизно таке виглядає космічна радіація. І ця радіація завдає чималої шкоди. Але проблема в тому, що на відміну від камінчиків та шматочків землі іонізуюче випромінювання не відскакує від людського тіла. Воно проходить крізь неї, як гарматне ядро пробиває наскрізь будівлю. І ця радіація завдає чималої шкоди.

Минулого тижня вчені з медичного центру при університеті міста Рочестера опублікували результати дослідження, які свідчать про те, що тривалий вплив галактичної радіації, якому можуть зазнати астронавти, що вирушили на Марс, здатне підвищити ризик захворювання на хворобу Альцгеймера.

Читаючи повідомлення ЗМІ про це дослідження, я почала цікавитись. Ми відправляємо людей у космос вже понад півстоліття. Ми маємо можливість стежити за цілим поколінням астронавтів – як ці люди старіють та вмирають. І ми постійно відстежуємо стан здоров'я тих, хто сьогодні літає до космосу. Наукові роботи, подібні до здійснених в університеті Рочестера, проводяться на лабораторних тваринах, таких, як миші та щури. Вони мають допомогти нам підготуватися до майбутнього. Але що ми знаємо про минуле? Чи радіація вплинула на людей, які вже побували в космосі? Як вона впливає на тих, хто перебуває на орбіті в даний момент?

Існує одна ключова відмінність астронавтів сьогоднішнього днявід астронавтів майбутнього. Відмінність це сама Земля.

Галактичне космічне випромінювання, що називається іноді космічною радіацією, це саме те, що викликає найбільшу тривогу у дослідників. Воно складається з частинок та шматочків атомів, які могли з'явитися в результаті утворення наднової зірки. Більшість цього випромінювання, приблизно 90%, складається з протонів, відірваних від атомів водню. Ці частки летять через галактику майже зі швидкістю світла.

А потім вони завдають удару Землі. Наша планета має пару захисних механізмів, що приховують нас від впливу космічної радіації. По-перше, магнітне поле Землі відштовхує деякі частинки, деякі повністю блокує. Частини, що подолали даний бар'єр, починають стикатися з атомами, що знаходяться в нашій атмосфері.

Якщо ви скинете зі сходів велику вежу, побудовану з деталей конструктора «Лего», вона розлетиться на дрібні шматки, які відлітатимуть від неї на кожній новій сходинці. Приблизно те саме відбувається в нашій атмосфері і з галактичною радіацією. Частки стикаються з атомами і розпадаються на частини, утворюючи нові частки. Ці нові частки знову про щось ударяються і знову розпадаються на частини. З кожним кроком вони втрачають енергію. Частинки сповільнюються та поступово слабшають. На той час, коли вони «зупиняються» на поверхні Землі, вони вже не мають того потужного запасу галактичної енергії, який вони мали раніше. Це випромінювання набагато менш небезпечне. Маленька деталь від «Лего» б'є набагато слабше, ніж зібрана вежа.

Всім тим астронавтам, яких ми відправляли в космос, захисні бар'єри Землі багато в чому допомогли принаймні частково. Про це мені розповів Френсіс Кучінотт (Francis Cucinotta). Він – науковий керівник програми НАСА з дослідження впливу радіації на людину. Це якраз той хлопець, який може розповісти, наскільки шкідливою є радіація для астронавтів. За його словами, за винятком польотів «Аполлона» на Місяць, людина є у космосі в межах дії магнітного поля Землі. Міжнародна космічна станціянаприклад, знаходиться вище атмосфери, але все одно в глибині першого ешелону оборони. Наші астронавти не піддаються повною мірою впливу космічного випромінювання.

Крім того, під таким впливом вони є досить нетривалим часом. Найтриваліший політ у космос тривав трохи більше року. А це важливо, тому що збитки від радіації мають кумулятивну дію. Ти ризикуєш набагато менше, коли шість місяців проводиш на МКС, ніж коли вирушаєш (поки що теоретично) у багаторічну подорож на Марс.

Але цікаво й досить тривожно те, сказав мені Кучінотт, що навіть маючи всі ці механізми захисту, ми спостерігаємо, як випромінювання негативно впливає на астронавтів.

Дуже неприємна річ це катаракта – зміни в кришталику ока, що викликають його помутніння. Оскільки через каламутний кришталик у око людини потрапляє менше світла, хворі на катаракту люди гірше бачать. У 2001 році Кучинотта з колегами вивчив дані дослідження стану здоров'я астронавтів, що триває, і дійшов наступного висновку. Астронавти, які зазнали більшої дози радіації (бо вони здійснили більше польотів у космос або через специфіку їхніх місій*) мали більше шансів на розвиток у них катаракти, ніж ті, у кого доза опромінення була нижчою.

Напевно існує також підвищена небезпека захворювання на рак, хоча кількісно і таку небезпеку проаналізувати важко. Справа в тому, що у нас немає даних епідеміологів про те, на який тип радіації піддаються астронавти. Ми знаємо кількість хворих на рак після атомного бомбардуванняХіросіми та Нагасакі, проте ця радіація несумісна з галактичним випромінюванням. Зокрема, Кучінотт найбільше турбують іони ВВЧ - високоатомних високоенергетичних частинок.

Це дуже важкі частки, і вони переміщуються дуже швидко. На поверхні Землі ми не відчуваємо їх вплив. Їх відсівають, гальмують та розбивають на частини захисні механізми нашої планети. Однак іони ВВЧ можуть завдавати більшої шкоди та шкоди більш різноманітної, ніж те випромінювання, з яким радіологи добре знайомі. Ми знаємо про це тому, що вчені порівнюють проби крові астронавтів до і після польоту в космос.

Кучинотта називає це передпольотною перевіркою. Вчені беруть зразок крові в астронавта перед відправленням на орбіту. Коли астронавт перебуває в космосі, вчені ділять взяту кров на частини та піддають її впливу гамма-випромінювання різного ступеня. Це подібна до тієї шкідливої радіації, з якою ми часом стикаємося на Землі. Потім, коли астронавт повертається, вони порівнюють ці піддані гамма-випромінювання зразки крові з тим, що реально сталося з ним у космосі. «Ми відзначаємо дво-триразову різницю у різних астронавтів», - сказав Кучинотта.

Тамбовська обласна державна загальноосвітня установа

Загальноосвітня школа – інтернат із початковою льотною підготовкою

імені М. М. Раскової

Реферат

«Космічне випромінювання»

Виконав: вихованець 103 взводи

Червонослобідців Олексій

Керівник: Пеліван В.С.

Тамбов 2008 р

1. Вступ.

2. Що таке космічне випромінювання?

3. Як з'являється космічне випромінювання.

4. Вплив космічного випромінювання на людину та навколишнє середовище.

5. Засоби захисту від космічного випромінювання.

6. Освіта Всесвіту.

7. Висновок.

8. Бібліографія.

1. ВСТУП

Людина не залишиться вічно на землі,

але в гонитві за світлом і простором,

спочатку несміливо проникне за межі

атмосфери, а потім завоює собі все

навколосвітній простір.

К. Ціолковський

XXI століття – століття нанотехнологій та гігантських швидкостей. Наше життя тече безперестанку і неминуче, і кожен із нас прагне йти в ногу з часом. Проблеми, проблеми, пошуки рішень, величезний потік інформації з усіх боків… Як з цим впоратися, як знайти своє місце в житті?

Спробуємо зупинитися і замислитися.

Психологи стверджують, що людина може нескінченно довго дивитися на три речі: вогонь, воду та зоряне небо. Справді, небо завжди приваблювало людину. Воно напрочуд гарне на сході і заході сонця, воно здається безмежно блакитним і глибоким днем. І, дивлячись на невагомі хмари, що пролітають, спостерігаючи за польотами птахів, хочеться відірватися від повсякденної метушні, піднятися в небо і відчути свободу польоту. А зоряне небо темної ночі ... як воно загадкове і незрозуміло прекрасно! І як хочеться відкрити завісу таємничості. У такі хвилини ти відчуваєш себе маленькою частинкою величезного простору, що лякає і все ж таки непереборно манить тебе, який носить назву Всесвіту.

Що таке Всесвіт? Як вона виникла? Що вона таїть у собі, що приготувала для нас: «всесвітній розум» і відповіді на численні запитання чи загибель людства?

Запитання виникають нескінченним потоком.

Космос... Для звичайної людини вона здається недосяжною. Проте вплив його на людину постійно. За великим рахунком, саме космічний простір забезпечив ті умови на Землі, які призвели до зародження звичного для нас з вами життя, а значить і появи самої людини. Вплив космосу значною мірою відчутний і зараз. «Частини всесвіту» доходять до нас крізь захисний шар атмосфери і впливають на самопочуття людини, її здоров'я, на ті процеси, які протікають у його організмі. Це для нас, що живуть на землі, а що говорити про тих, хто освоює космічний простір.

Мене зацікавило таке запитання: що таке космічне випромінювання та який його вплив на людину?

Я навчаюсь у школі-інтернаті з початковою льотною підготовкою. До нас приходять хлопчаки, які мріють підкорити небо. І перший крок до здійснення своєї мрії вони вже зробили, залишивши стіни рідного дому і наважившись прийти до цієї школи, де вивчаються основи польотів, конструкції літальних апаратів, де вони мають можливість щодня спілкуватися з людьми, які неодноразово підіймалися в небо. І нехай це поки що лише літаки, які не можуть повною мірою подолати земне тяжіння. Але це лише перший крок. Доля та життєвий шляхбудь-яку людину починається з маленького, боязкого, невпевненого кроку дитини. Хто знає, можливо, хтось із них зробить другий крок, третій… і освоюватиме космічні літальні апарати і підніметься до зірок у безмежні простори Всесвіту.

Тому для нас це питання досить актуальне та цікаве.

2. ЩО ТАКЕ КОСМІЧНЕ ВИМИКАННЯ?

Існування космічного проміння було виявлено на початку ХХ століття. У 1912 р. австралійський фізик У. Гесс, піднімаючись повітряній кулі, зауважив, що розрядка електроскопа великих висотах відбувається значно швидше, ніж рівні моря. Стало зрозуміло, що іонізація повітря, яка знімала розряд з електроскопа, має позаземне походження. Першим висловив це припущення Міллікен, і саме він дав цьому явищу сучасна назва– космічне випромінювання.

В даний час встановлено, що первинне космічне випромінювання складається з стабільних частинок високих енергій, що летять у різних напрямках. Інтенсивність космічного випромінювання у районі Сонячної системи становить середньому 2-4 частки на 1см 2 за 1с. Воно складається з:

протонів – 91%
α-часток – 6,6%
ядер інших більше важких елементів- менше 1%
електронів – 1,5%
рентгенівських та гамма-променів космічного походження
сонячного проміння.

Первинні комічні частинки, що летять із світового простору, взаємодіють із ядрами атомів верхніх шарів атмосфери та утворюють так звані вторинні космічні промені. Інтенсивність космічних променів поблизу магнітних полюсів Землі приблизно в 1,5 рази більша, ніж на екваторі.

Середнє значення енергії космічних частинок близько 104 МеВ, а енергія окремих частинок - 1012 МеВ і більше.

3. ЯК ВИНИКАЄ КОСМІЧНЕ ВИМИКАННЯ?

за сучасним уявленнямОсновним джерелом космічного випромінювання високих енергій є вибухи наднових зірок. За даними, отриманими за допомогою орбітального рентгенівського телескопа, що належить NASA, були отримані нові докази того, що значний обсяг космічного випромінювання, що постійно бомбардує Землю, зроблений ударною хвилею, що поширюється після вибуху наднової зірки, який був зареєстрований ще в 1572 році. Судячи з спостережень рентгенівської обсерваторії «Чандра», останки наднової зірки продовжують розбігатися зі швидкістю понад 10 мільйонів км/год, виробляючи дві ударні хвилі, що супроводжуються масованим виділенням рентгенівського випромінювання. Причому одна хвиля

рухається назовні, у міжзоряний газ, а друга –

всередину, до центру колишньої зірки. Можна також

стверджувати, що значна частка енергії

«внутрішньої» ударної хвилійде на прискорення атомних ядер до швидкостей, близьких до світлових.

Частинки високих енергій приходять до нас з інших галактик. Таких енергій можуть досягти, прискорюючись у неоднорідних магнітних полях Всесвіту.

Природно, що джерелом космічного випромінювання є найближча до нас зірка – Сонце. Сонце періодично (під час спалахів) випромінює сонячні космічні промені, які складаються в основному з протонів та α-часток, що мають невелику енергію.

4. ВПЛИВ КОСМІЧНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ НА ЛЮДИНУ

І НАВКОЛИШНЕ СЕРЕДОВИЩЕ

Результати дослідження, проведеного співробітниками університету Софії Антіполіс у Ніцці, показують, що космічне випромінювання відіграло найважливішу роль у зародженні біологічного життя Землі. Давно відомо, що амінокислоти здатні існувати у двох формах – лівосторонній та правосторонній. Однак на Землі в основі всіх біологічних організмів, що розвилися природним чином, знаходяться лише лівосторонні амінокислоти. На думку співробітників університету, причину слід шукати у космосі. Так зване циркулярно-поляризоване космічне випромінювання зруйнувало правобічні амінокислоти. Циркулярно-поляризоване світло – це форма випромінювання, що поляризується космічними електромагнітними полями. Таке випромінювання утворюється, коли частинки міжзоряного пилу вишиковуються вздовж ліній магнітних полів, що пронизують весь навколишній простір. На циркулярно-поляризоване світло припадає 17% всього космічного випромінювання у будь-якій точці космосу. Залежно від боку поляризації таке світло вибірково розщеплює один із типів амінокислот, що підтверджується експериментом та результатами дослідження двох метеоритів.

Космічне випромінювання одна із джерел іонізуючого випромінювання Землі.

Природне радіаційне тло за рахунок космічного випромінювання на рівні моря становить 0,32 мЗв на рік (3,4 мкР на годину). Космічне випромінювання становить лише 1/6 частину річної ефективної еквівалентної дози, одержуваної населенням. Рівні радіаційного випромінювання неоднакові для різних областей. Так Північний і Південний полюси більш ніж екваторіальна зона схильні до впливу космічних променів, через наявність у Землі магнітного поля, що відхиляє заряджені частинки. Крім того, що вище від поверхні землі, то інтенсивніше космічне випромінювання. Так, проживаючи в гірських районах і постійно користуючись повітряним транспортом, ми наражаємося на додатковий ризик опромінення. Люди, які живуть вище 2000 м над рівнем моря, отримують через космічні промені ефективну еквівалентну дозу в кілька разів більше, ніж ті, хто живе на рівні моря. При підйомі з висоти 4000 м-код (максимальна висота проживання людей) до 12000 м-коду (максимальна висота польоту пасажирського транспорту) рівень опромінення зростає в 25 разів. А за 7,5 години польоту на звичайному турбогвинтовому літаку отримана доза опромінення становить приблизно 50 мкЗв. Усього за рахунок використання повітряного транспортунаселення Землі отримує на рік дозу опромінення близько 10000 чол-Зв, що становить душу населення світі у середньому близько 1 мкЗв на рік, а Північній Америці приблизно 10 мкЗв.

Іонізуюче випромінювання негативно впливає на здоров'я людини, воно порушує життєдіяльність живих організмів:

· Володіючи великою проникаючою здатністю, руйнує клітини організму, що найбільш інтенсивно діляться: кісткового мозку, травного тракту і т. д.

· Викликає зміни генетично, що призводить згодом до мутацій і виникнення спадкових захворювань.

· Викликає інтенсивний поділ клітин злоякісних новоутворень, що призводить до виникнення ракових захворювань.

· Приводить до змін в нервовій системі та роботі серця.

· Пригнічується статева функція.

· Викликає порушення зору.

Радіація із космосу впливає навіть на зір авіапілотів. Було вивчено стан зору 445 чоловіків віком близько 50 років, з яких 79 були пілотами авіалайнерів. Статистика показала, що для професійних пілотів ризик розвитку катаракти ядра кришталика втричі вищий, ніж для інших професій, а тим більше для космонавтів.

Космічне випромінювання є одним із несприятливих факторів для організму космонавтів, значущість якого постійно зростає в міру збільшення дальності та тривалості польотів. Коли людина опиняється за межами атмосфери Землі, де бомбардування галактичними променями, а також сонячними космічними променями набагато сильніше: крізь його тіло за секунду може пронестися близько 5 тисяч іонів, здатних зруйнувати хімічні зв'язки в організмі та викликати каскад вторинних частинок. Небезпека радіаційного впливу іонізуючого випромінювання у низьких дозах обумовлена збільшенням ризиків виникнення онкологічних та спадкових захворювань. Найбільшу небезпеку міжгалактичних променів становлять тяжкі заряджені частинки.

На підставі медико-біологічних досліджень та передбачуваних рівнів радіації, що існують у космосі, було визначено гранично допустимі дози радіації для космонавтів. Вони становлять 980 бер для ніг, гомілковостопних суглобів і кистей рук, 700 бер для шкірного покриву, 200 бер для кровотворних органів і 200 бер для очей. Результати експериментів показали, що за умов невагомості вплив радіації посилюється. Якщо ці дані підтвердяться, то небезпека космічної радіації для людини, ймовірно, виявиться більшою, ніж передбачалося спочатку.

Космічні промені здатні впливати на погоду та клімат Землі. Британські метеорологи довели, що в період найбільшої активності космічних променів спостерігається похмура погода. Справа в тому, що коли космічні частинки вриваються в атмосферу, вони породжують широкі зливи заряджених і нейтральних частинок, які можуть провокувати зростання крапельок у хмарах і збільшення хмарності.

За дослідженнями Інституту сонячно-земної фізики, нині спостерігається аномальний сплеск сонячної активності, причини якого невідомі. Сонячний спалах – це викид енергії, який можна порівняти з вибухом кількох тисяч водневих бомб. При особливо сильних спалахах електромагнітне випромінювання, Досягаючи Землі, змінює магнітне поле планети – немов струшує його, що позначається на самопочутті метеочутливих людей. Таких, за даними Всесвітньої організації охорони здоров'я, становить 15% населення планети. Також при високій сонячній активності інтенсивніше починає розмножуватися мікрофлора і збільшується схильність людини до багатьох інфекційних захворювань. Так, епідемії грипу починаються за 2,3 роки до максимуму сонячної активності або через 2,3 роки після.

Таким чином, ми бачимо, що навіть невелика частина космічного випромінювання, яка доходить до нас крізь атмосферу, може вплинути на організм і здоров'я людини, на процеси, що протікають в атмосфері. Одна з гіпотез зародження життя на Землі говорить про те, що космічні частинки відіграють значну роль у біологічних і хімічних процесах на нашій планеті.

5. ЗАСОБИ ЗАХИСТУ ВІД КОСМІЧНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ

Проблеми, пов'язані з проникненням

людини в космос, - свого роду пробний

камінь зрілості нашої науки.

Академік М. Сисакян.

Незважаючи на те, що випромінювання Всесвіту, можливо, і призвело до зародження життя та появи людини, для самої людини в чистому вигляді воно згубне.

Життєвий простір людини обмежений зовсім незначними

відстанями – це Земля та кілька кілометрів над її поверхнею. А далі – «ворожий» простір.

Але оскільки людина не залишає спроб проникнути у простори Всесвіту, а все більш інтенсивно їх освоює, то виникла необхідність створення певних засобів захисту від негативного впливу космосу. Особливе значення має для космонавтів.

Всупереч поширеній думці, від атаки космічного проміння нас захищає не магнітне поле Землі, а товстий шар атмосфери, де на кожен см 2 поверхні припадає кілограм повітря. Тому, влетівши в атмосферу, космічний протон у середньому долає лише 1/14 її висоти. Космонавти ж позбавлені такої захисної оболонки.

Як показують розрахунки, звести ризик радіаційного ураження на нуль під час космічного польоту не можна. Але можна його мінімізувати. І тут найголовніше – пасивний захист космічного корабля, тобто його стінки.

Щоб зменшити ризик дозових навантажень від сонячнихкосмічних променівїх товщина повинна бути для легких сплавів не менше 3-4 см. Альтернативою металам могли б виступити пластмаси. Наприклад, поліетилен, той з якого зроблені звичайні сумки-пакети, затримує на 20% більше космічних променів, ніж алюміній. Посилений поліетилен в 10 разів міцніший за алюміній і при цьому легше «крилатого металу».

З захистом від галактичних космічних променів, Що володіють гігантськими енергіями, все набагато складніше. Пропонується кілька способів захисту від них космонавтів. Можна створити навколо корабля шар захисної речовиниподібного земній атмосфері. Наприклад, якщо використовувати воду, яка в будь-якому випадку необхідна, то знадобиться шар товщиною 5 м. При цьому маса водного резервуара наблизиться до 500 т, що дуже багато. Можна також використовувати етилен – тверду речовину, для якої не потрібні резервуари. Але навіть тоді необхідна маса становила б не менше ніж 400 т. Можна використовувати рідкий водень. Він блокує космічні промені у 2,5 рази краще, ніж алюміній. Щоправда, ємності для палива виявилися б громіздкими та важкими.

Була запропонована інша схема захисту людини на орбіті, яку можна назвати магнітною схемою. На заряджену частинку, що рухається впоперек магнітного поля, діє сила, спрямована перпендикулярно до напрямку руху (сила Лоренца). Залежно від конфігурації ліній поля частка може відхилитися майже в будь-який бік або вийти на кругову орбіту, де вона обертатиметься нескінченно. Для створення такого поля будуть потрібні магніти на основі надпровідності. Така система матиме масу 9 т, вона набагато легша, ніж захист речовиною, але однаково важка.

Прихильники ще однієї ідеї пропонують зарядити космічний корабель електрикою, якщо напруга зовнішньої обшивки складе 2109, то корабель зможе відобразити всі протони космічних променів з енергіями до 2 ГеВ. Але електричне полепри цьому простягатиметься до відстані десятків тисяч кілометрів, і космічний корабель стягуватиме до себе електрони з цього величезного обсягу. Вони будуть врізатися в обшивку з енергією 2 ГеВ і поводитися так само, як космічні промені.

«Одяг» для космічних прогулянок космонавтів поза межами космічного корабля повинен являти собою цілу рятувальну систему:

· Повинна створювати необхідну атмосферу для дихання та підтримки тиску;

· Повинна забезпечувати відведення тепла, що виділяється тілом людини;

· вона повинна захищати від перегріву, якщо людина знаходиться на сонячному боці, і від охолодження – якщо у тіні; різниця між ними становить понад 1000С;

· захищати від засліплення сонячною радіацією;

· Захищати від метеорної речовини;

· Повинна дозволяти вільно переміщатися.

Розробка космічного скафандра розпочалася у 1959 році. Існує кілька модифікацій скафандрів, вони постійно змінюються та удосконалюються, в основному за рахунок використання нових, досконаліших матеріалів.

Космічний скафандр - це складний і дорогий пристрій, і це легко зрозуміти, якщо ознайомитися з вимогами, наприклад до скафандру космонавтів корабля «Аполлон». Цей скафандр повинен забезпечувати захист космонавта від впливу таких факторів:

Будова напівжорсткого скафандра (для космосу)

Перший скафандр для виходу у відкритий космос, який використовував А.Леонов, був жорстким, неподатливим, вагою близько 100 кг, але сучасники його вважали справжнім дивом техніки та «машиною складнішою за автомобіль».

Таким чином, усі пропозиції щодо захисту космонавтів від космічних променів не надійні.

6. ОСВІТА ВСЕСВІТУ

Якщо говорити чесно, ми хочемо не тільки дізнатися,

як влаштована, але і по можливості досягти мети

утопічною та зухвалою на вигляд – зрозуміти, чому

природа є саме такою. У цьому полягає

прометіївський елемент наукової творчості

А. Ейнштейн.

Отже, космічне випромінювання приходить до нас із безмежних просторів Всесвіту. А як же утворився сам Всесвіт?

Саме Ейнштейну належить теорема, на основі якої висунуто гіпотези її виникнення. Існує кілька гіпотез утворення Всесвіту. У сучасній космології найпопулярнішими є дві: теорія Великого Вибуху та інфляційна.

Сучасні моделі Всесвіту ґрунтуються на загальній теорії відносності А. Ейнштейна. Рівняння тяжіння Ейнштейна має одне, а безліч рішень, що й зумовлено наявність багатьох космологічних моделей.

Перша модель була розроблена А. Ейнштейном у 1917 році. Він відкинув постулати Ньютона про абсолютність і нескінченність простору та часу. Відповідно до цієї моделі світовий простір однорідно і ізотропно, матерія в ньому розподілена рівномірно, гравітаційне тяжіння мас компенсується універсальним космологічним відштовхуванням. Час існування Всесвіту нескінченний, а простір безмежний, але звичайно. Всесвіт у космологічній моделі Ейнштейна стаціонарний, нескінченний у часі і безмежний у просторі.

У 1922 році російський математик та геофізик А.А. Фрідман відкинув постулат про стаціонарність і отримав рішення рівняння Ейнштейна, що описує Всесвіт з простором, що «розширюється». У 1927 році бельгійський абат та вчений Ж. Леметр на основі астрономічних спостережень ввів поняття початку Всесвіту як надщільного стануі народження Всесвіту як Великого Вибуху. У 1929 році американський астроном Е. П. Хаббл виявив, що всі галактики рухаються від нас, причому зі швидкістю, яка зростає пропорційно відстані, система галактик розширюється. Розширення Всесвіту вважається науково встановленим фактом. Згідно з розрахунками Ж. Леметра, радіус Всесвіту в первісному стані був 10 -12 см, що

близько за розмірами до радіусу електрона, а її

щільність становила 1096 г/см 3 . Від

початкового стану Всесвіт перейшов до розширення в результаті великого вибуху . Учень А. А. Фрідмана Г. А. Гамов припустив, що температура речовини після вибуху була великою і падала з розширенням Всесвіту. Його розрахунки показали, що Всесвіт у своїй еволюції проходить певні етапи, під час яких відбувається утворення хімічних елементів та структур.

Епоха адронів(важких частинок, які вступають у сильні взаємодії). Тривалість ери 0,0001 с, температура 10 12 градусів Кельвіна, щільність 10 14 г/см 3 . Наприкінці ери відбувається анігіляція частинок та античасток, але залишається деяка кількість протонів, гіперонів, мезонів.

Ера лептонів(Легких частинок, що вступають в електромагнітну взаємодію). Тривалість ери 10 с, температура 10 10 градусів Кельвіна, щільність 10 4 г/см 3 . Основну роль грають легкі частки, що у реакціях між протонами і нейтронами.

Фотонна ера.Тривалість 1 млн років. Основна частка маси – енергії Всесвіту – посідає фотони. До кінця ери температура падає з 1010 до 3000 градусів по Кельвіну, щільність - з 104 г/см3 до 1021 г/см3. Головну роль грає випромінювання, яке наприкінці ери відокремлюється від речовини.

Зіркова еранастає через 1 млн. років після зародження Всесвіту. У зіркову еру починається процес утворення протозірок та протогалактик.

Потім розгортається грандіозна картина утворення структури Метагалактики.

Ще однією гіпотезою є інфляційна модель Всесвіту, у якій розглядається творіння Всесвіту. Ідея творіння пов'язана з квантовою космологією. У цій моделі описується еволюція Всесвіту, починаючи з моменту 10 -45 після початку розширення.

Відповідно до цієї гіпотези космічна еволюція в ранньому Всесвіті проходить ряд етапів. Початок Всесвітувизначається фізиками-теоретиками як стан квантової супергравітації з радіусом Всесвіту 10 -50 см(Для порівняння: розмір атома визначається як 10 -8 см, а розмір атомного ядра 10-13 см). Основні події в ранньому Всесвіті розігрувалися за мізерно проміжок часу від 10-45 с до 10 -30 с.

Стадія інфляції В результаті квантового стрибка Всесвіт перейшов у стан збудженого вакууму івідсутність у ній речовини та випромінювання інтенсивно розширювалася за експоненційним законом. У цей час створювалося саме простір і час Всесвіту. За період інфляційної стадії тривалістю 10 -34 з Всесвіт роздувся від неймовірно малих квантових розмірів (10 -33) до неймовірно великих (10 1000000) см, що на багато порядків перевищує розмір спостережуваного Всесвіту - 10 28 см. Весь цей первісний період було ні речовини, ні випромінювання.

Перехід від інфляційної стадії до фотонної.Стан хибного вакууму розпався, енергія, що вивільнилася, пішла на народження важких частинок і античасток, які після анігіляції дали потужний спалах випромінювання (світла), що висвітлив космос.

Етап відокремлення речовини від випромінювання: речовина, що залишилася після анігіляції, стала прозорою для випромінювання, контакт між речовиною і випромінюванням пропав. Випромінювання, що відокремилося від речовини, і становить сучасний реліктовий фон- Це залишкове явище від початкового випромінювання, що виникло після вибуху в момент початку утворення Всесвіту. Надалі розвиток Всесвіту йшов у напрямку від максимально простого однорідного стану до створення все більш складних структур – атомів (спочатку атомів водню), галактик, зірок, планет, синтезу важких елементів у надрах зірок, у тому числі й необхідних для створення життя, до виникнення життя і як вінця творіння – людини.

Відмінність між етапами еволюції Всесвіту в інфляційній моделі та моделі Великого Вибухустосується лише початкового етапу порядку 10 -30 с, далі між цими моделями принципових розбіжностей немає. Відмінності у поясненні механізмів космічної еволюції пов'язані зі світоглядними установками .

Першою стала проблема початку та кінця часу існування Всесвіту, визнання якої суперечило матеріалістичним твердженням про вічність, неутворюваність і незнищеність і т. п. часу і простору.

У 1965 році американськими фізиками-теоретиками Пенроузом і С.Хокінгом було доведено теорему, згідно з якою у будь-якій моделі Всесвіту з розширенням обов'язково має бути сингулярність – обрив ліній часу у минулому, що можна розуміти як початок часу. Це ж вірно і для ситуації, коли розширення зміниться на стиск - тоді виникне урвище ліній часу в майбутньому - кінець часу. Причому точка початку стиснення інтерпретується як кінець часу – Великий Сток, куди стікаються не лише галактики, а й самі події всього минулого Всесвіту.

Друга проблема пов'язана з творінням світу з нічого.У А.А.Фридмана математично момент початку розширення простору виводиться з нульовим обсягом і у своїй популярній книзі «Світ як простір і час», виданої в 1923 році, він говорить про можливість «створення світу з нічого». Спробу вирішити проблему виникнення всього з нічого зробили в 80-х роках американський фізикА.Гут та радянський фізик А.Лінде. Енергію Всесвіту, що зберігається, розділили на гравітаційну та негравітаційну частини, що мають різні знаки. І тоді повна енергія Всесвіту дорівнюватиме нулю.

Найбільша складність для вчених виникає при поясненні причин космічної еволюції. Можна виділити дві основні концепції, що пояснюють еволюцію Всесвіту: концепцію самоорганізації та концепцію креаціонізму.

Для концепції самоорганізації матеріальний Всесвіт є єдиною реальністю, і жодної іншої реальності, крім неї, не існує. У разі еволюція описується так: йде мимовільне впорядкування систем у бік становлення дедалі складніших структур. Динамічний хаос породжує порядок. Цілі космічної еволюції немає.

У межах концепції креаціонізму, тобто твори, еволюція Всесвіту пов'язують із реалізацією програми, визначається реальність вищого порядку, ніж матеріальний світ. Прихильники креаціонізму звертають увагу на існування спрямованого розвитку від простих систем до більш складних та інформаційно ємних, у ході якого створювалися умови для виникнення життя та людини. Існування того Всесвіту, в якому ми живемо, залежить від чисельних значень фундаментальних фізичних констант - постійної Планки, постійної гравітації і т. д. Чисельні значення цих постійних визначають основні особливості Всесвіту, розміри атомів, планет, зірок, щільність речовини та час життя Всесвіту. Звідси робиться висновок, що фізична структура Всесвіту запрограмована та спрямована до появи життя. Кінцева мета космічної еволюції – поява людини у Всесвіті у відповідність до задумів Творця.

Інша невирішена проблема – подальша доляВсесвіту. Чи продовжуватиме вона розширюватися нескінченно або цей процес через деякий час зміниться зворотним і почнеться стадія стиснення? Вибір між цими сценаріями можна зробити за наявності даних про повну масу речовини у Всесвіті (або середньої її щільності), яких поки що недостатньо.

Якщо щільність енергії у Всесвіті мала, вона буде вічно розширюватися і поступово остигати. Якщо щільність енергії більше деякого критичного значення, то стадія розширення зміниться стадією стиснення. Всесвіт стискатиметься в розмірах і нагріватиметься.

Інфляційна модель передбачала, що щільність енергії має бути критичною. Однак астрофізичні спостереження, що проводяться до 1998 р., говорили про те, що густина енергії становить приблизно 30% від критичної. Але відкриття останніх десятиліть дозволили «знайти» енергію, що бракує. Було доведено, що вакуум має позитивну енергію (яку називають темною енергією), і вона рівномірно розподілена у просторі (що вкотре доводить, що у вакуумі відсутні якісь «невидимі» частинки).

Сьогодні варіантів відповіді на питання про майбутнє Всесвіту значно більше і вони суттєво залежать від того, яка теорія, яка пояснює приховану енергію, є правильною. Але можна сказати однозначно, що наші нащадки бачитимуть навколишній світзовсім іншим, ніж ми з вами.

Існують дуже обґрунтовані підозри, що крім видимих нами об'єктів у Всесвіті існують ще більша кількість прихованих, але теж мають масу, причому ця «темна маса» може в 10 або більше разів перевищувати видиму.

Коротко характеристику Всесвіту можна представити у такому вигляді.

Коротка Біографія Всесвіту

Вік: 13,7 мільярдів років

Розмір спостережуваної частини Всесвіту:

13,7 мільярдів світлових років, приблизно 10 28 см

Середня щільність речовини: 10 -29 г/см 3

Вага: понад 10 50 тонн

Вага у момент народження:

згідно з теорією Великого вибуху – нескінченний

згідно з інфляційною теорією – менше міліграма

Температура Всесвіту:

у момент вибуху – 10 27 К

сучасна – 2,7 К

7. ВИСНОВОК

Збираючи інформацію про космічне випромінювання та його вплив на навколишнє середовище, я переконався, що все у світі взаємопов'язане, все тече і змінюється, і ми постійно відчуваємо на собі відлуння далекого минулого, починаючи з моменту утворення Всесвіту.

Частинки, що дійшли до нас з інших галактик, несуть із собою інформацію про далекі світи. Ці «космічні прибульці» здатні помітно впливати на природу та біологічні процеси на нашій планеті.

У космосі все інше: Земля і небо, заходи сонця і світанки, температура і тиск, швидкості і відстані. Багато в ньому нам здається незбагненним.

Космос поки що нам не друг. Він протистоїть людині як чужа та ворожа сила, і кожен космонавт, вирушаючи на орбіту, має бути готовим вступити у боротьбу з нею. Це дуже нелегко і людина не завжди виходить переможцем. Але що дорожче дається перемога, то вона цінніша.

Вплив космічного просторуоцінити досить складно, з одного боку воно призвело до виникнення життя і, зрештою, створило саму людину, з іншого ми змушені від нього захищатися. В даному випадку, очевидно, необхідно знайти компроміс, і постаратися не зруйнувати те крихке рівновагу, яке існує нині.

Юрій Гагарін, вперше побачивши Землю з космосу, вигукнув: «Яка вона маленька!». Ми повинні пам'ятати ці слова і з усіх сил берегти свою планету. Адже навіть у космос ми можемо потрапити лише із Землі.

8. БІБЛІОГРАФІЯ.

1. Булдаков Л.А., Калістратова В.С. Радіоактивне випромінювання та здоров'я, 2003.

2. Левітан Є.П. Астрономія. - М.: Просвітництво, 1994.

3. Паркер Ю. Як захистити космічних мандрівників.// У світі науки. – 2006, №6.

4. Пригожин І.М. Минуле та майбутнє Всесвіту. - М.: Знання, 1986.

5. Хокінг З. коротка історіячасу від великого вибуху до чорних дірок. - СПб: Амфора, 2001.

6. Енциклопедія для дітей. Космонавтика. - М.: "Аванта +", 2004.

7. http:// www. rol. ru/news/misc/spacenews/ 00/12/25. htm

8. http:// www. Грані. ru/ Society/Sciense/m. 67908. html

Комікс про те, як вчені у боротьбі з космічною радіацією освоять Марс.

У ній розглядається кілька напрямів для майбутніх досліджень із захисту космонавтів від опромінення, включаючи лікарську терапію, генну інженерію та технологію глибокого сну. Автори також зауважують, що радіація і старіння вбивають організм подібними способами, і припускають, що методи боротьби з одним можуть діяти і проти іншого. Стаття з бойовим девізом у назві Viva la radioresistance! («Хай живе опір радіації!») була опублікована в журналі Oncotarget.

«Ренесанс космонавтики, ймовірно, призведе до перших людських місій на Марс та у глибокий космос. Але для виживання в умовах підвищеної космічної радіації людям доведеться стати стійкішими до зовнішнім факторам. У цій статті ми пропонуємо методологію досягнення підвищеної радіорезистентності, стресостійкості та стійкості до старіння. У процесі роботи над стратегією ми зібрали провідних вчених із Росії, а також з NASA, Європейського космічного агентства, Канадського радіаційного центру та більш ніж 25 інших центрів у всьому світі. На Землі теж стануть у нагоді технології радіорезистентності, особливо якщо « побічним ефектом"Буде здорове довголіття", - коментує Олександр Жаворонков, ад'юнкт-професор МФТІ.

. alt="(!LANG:Ми зробимо так, щоб радіація не перешкоджала людству в підкоренні космосу і колонізації Марса. Завдяки вченим долетимо до Червоної планети і будемо влаштовувати там диско і смажити барбекю . " src="/sites/default/files/images_custom/2018/03/mars7.png">!}

Ми зробимо так, щоб радіація не перешкоджала людству у підкоренні космосу та колонізації Марса. Завдяки вченим долетимо до Червоної планети і влаштовуватимемо там диско і смажитимемо барбекю. .

Космос проти людини

«У космічних масштабах наша планета – лише невеликий корабель, непогано захищений від космічного випромінювання. Магнітне поле Землі відхиляє сонячні та галактичні заряджені частинки, тим самим суттєво знижуючи рівень радіації на поверхні планети. При далеких космічних польотах і колонізації планет з дуже слабкими магнітними полями (наприклад, Марса) такого захисту не буде, і астронавти і колоністи піддаватимуться постійному впливу потоків заряджених частинок з величезною енергією. Фактично космічне майбутнє людства залежить від того, як ми подолаємо цю проблему», – ділиться завідувач відділу експериментальної радіобіології та радіаційної медицини Федерального медичного біофізичного центру імені О. І. Бурназяна, професор РАН, співробітник лабораторії розробки інноваційних лікарських засобівМФТІ Андреян Осипов.

Людина беззахисна перед небезпеками космосу: сонячне опромінення, галактичні космічні промені, магнітні поля, радіоактивне середовище Марса, радіаційний пояс Землі, мікрогравітація (невагомість)

Людство з усією серйозністю націлилося колонізувати Марс – SpaceX обіцяє доставити людину на Червону планету вже у 2024 році, проте деякі суттєві проблеми досі не вирішені. Так, однією з основних небезпек здоров'ю космонавтів є космічна радіація. Іонізуюче випромінювання ушкоджує біологічні молекули, зокрема ДНК, що призводить до різних порушень: нервової системи, серцево-судинної системиі, головним чином, раку. Вчені пропонують об'єднати зусилля і, використовуючи останні досягнення біотехнологій, підвищити радіорезистентність людини, щоб вона могла підкорювати простори глибокого космосу та колонізувати інші планети.

Людська оборона

У організму є способи захищатися від пошкоджень ДНК та відновлювати їх. На ДНК завжди впливає природна радіація, і навіть активні форми кисню (АФК), які утворюються при нормальному клітинному диханні. Але при лагодженні ДНК, особливо у разі тяжких ушкоджень, можуть відбуватися помилки. Накопичення пошкоджень ДНК вважається однією з головних причин старіння, так що радіація та старіння – схожі вороги людства. Однак клітини можуть адаптуватись до опромінення. Показано, що невелика доза радіації може не тільки не нашкодити, а й підготувати клітини до зустрічі з більш високими дозами. Наразі міжнародні стандарти радіаційного захисту це не враховують. Останні ж дослідження свідчать, що є якийсь поріг радіації, нижче якого діє принцип «важко у навчанні – легко у бою». Автори статті вважають, що потрібно дослідити механізми радіоадаптивності, щоби взяти їх на озброєння.

Способи підвищення радіорезистентності: генна терапія, мультиплексна генна інженерія, експериментальна еволюція; 2) біобанкінг, регенеративні технології, інженерія тканин та органів, індуковане оновлення клітин, клітинна терапія; 3) радіопротектори, геропротектори, антиоксиданти; 4) гібернація; 5) дейтеровані органічні компоненти; 6) медичний відбір радіорезистентних людей.

Завідувач лабораторії генетики тривалості життя та старіння МФТІ, член-кореспондент РАН, доктор біологічних наук Олексій Москальов пояснює: «Наші багаторічні дослідження ефектів малих доз іонізуючих випромінюваньна тривалість життя модельних тварин показали, що невеликі шкідливі впливи здатні стимулювати власні захисні системиклітин та організму (репарацію ДНК, білки теплового шоку, видалення нежиттєздатних клітин, вроджений імунітет). Однак у космосі люди зіткнуться з більш суттєвим та небезпечним діапазоном доз радіації. Нами накопичена велика база даних із геропротекторів. Отримані знання говорять про те, що багато з них функціонують механізмом активізації резервних можливостей, підвищення стресостійкості. Цілком імовірно, що подібна стимуляція допоможе майбутнім колонізаторам космічних просторів».

Інженерія космонавтів

Більше того, серед людей радіорезистентність відрізняється: хтось стійкіший до радіації, хтось менше. Медичний відбір радіорезистентних індивідів передбачає взяття зразків клітин у потенційних кандидатів та всебічний аналіз радіоадаптивності цих клітин. Найстійкіші до опромінення полетять до космосу. Крім цього, можна проводити повногеномні дослідження людей, які мешкають в областях з високим рівнем фонового випромінювання або стикаються з ним за професією. Геномні відмінності людей, менш схильних до раку та інших захворювань, пов'язаних з опроміненням, можна в майбутньому виділити і «щепити» космонавтам за допомогою сучасних методів генної інженерії, таких як редагування геному.

Є кілька варіантів, які гени потрібно зробити, щоб підвищити радіорезистентність. По-перше, гени антиоксидантів допоможуть захистити клітини від активних форм кисню, що з'являються внаслідок опромінення. Декілька експериментальних груп вже успішно спробували знизити чутливість до радіації за допомогою таких трансгенів. Однак від прямого впливу опромінення цей спосіб не врятує тільки від опосередкованого.

Можна вносити гени білків, відповідальних відновлення ДНК. Такі досліди вже проводилися - деякі гени дійсно допомагали, а деякі призводили до підвищеної геномної нестійкості, так що ця область чекає на нові дослідження.

Більш перспективний метод – використання радіозахисних трансгенів. Багато організмів (наприклад тихоходки) мають високий рівень радіорезистентності, і якщо з'ясувати, які гени і молекулярні механізми за цим стоять, їх можна перевести на людей за допомогою генної терапії. Щоб убити 50% тихоходок, потрібна доза опромінення, що у 1000 перевищує смертельну для людини. Нещодавно було виявлено білок, який, ймовірно, є одним із факторів такої витривалості – так званий супресор ушкоджень Dsup. В експерименті з клітинною лінією людини виявилось, що введення гена Dsup зменшує ушкодження на 40%. Це робить ген перспективним кандидатом у захисники людини від радіації.

Аптечка бійця

Ліки, які підвищують радіаційний захист організму, називаються «радіопротекторами». На сьогоднішній день існує лише один радіопротектор, схвалений FDA. Але основні сигнальні шляхи в клітинах, які включені в процеси старечих патологій, беруть участь також у відповідях на опромінення. Тому геропротектори - ліки, які зменшують швидкість старіння і продовжують тривалість життя - можуть служити і радіопротекторами. Згідно з базами даних Geroprotectors.org та DrugAge існує більше 400 потенційних геропротекторів. Автори вважають, що буде корисно розглянути існуючі ліки на наявність геро- та радіопротекторних властивостей.

Так як іонізуюче опромінення діє також через активні форми кисню, справлятися з радіацією можуть допомогти редокс-поглиначі, або, простіше, антиоксиданти, такі як глутатіон, NAD і його попередник NMN. Останні, мабуть, відіграють важливу роль у відповіді на пошкодження ДНК, тому становлять великий інтерес з погляду захисту від радіації та старіння.

Гіпернація у глибокій глибині

Незабаром після запуску перших космічних польотів провідний конструктор радянської космічної програми Сергій Корольов почав розробляти амбітний проект польоту, що пілотується, на Марс. Його ідея полягала в тому, щоб привести екіпаж у стан глибокого сну (англ. hibernation - «зимова сплячка») під час тривалих космічних подорожей. При глибокого сну всі процеси в організмі уповільнюються. Експерименти з тваринами показують, що у такому стані підвищується стійкість до екстремальних факторів: зниження температури, смертельних доз опромінення, перевантажень тощо. У СРСР проект Марса було закрито після смерті Сергія Корольова. А зараз Європейське космічне агентство працює над проектом «Аврора» по польотах на Марс і Місяць, в якому розглядається варіант сплячки космонавтів. ЄКА вважає, що при тривалому автоматизованому польоті глибоке суспільство забезпечить велику безпеку. Якщо ж говорити про майбутню колонізацію космосу, то простіше перевозити та захищати від радіації банк кріоконсервованих зародкових клітин, а не популяцію «готових» людей. Але це явно буде не в найближчому майбутньому, і, можливо, на той час методи радіозахисту будуть розвинені достатньо, щоб людина не боялася космосу.

Тяжка артилерія

Всі органічні сполуки містять вуглеводневі зв'язки (С-Н). Однак можна синтезувати сполуки, які містять замість водню дейтерій – важчий аналог водню. Через більшу масу зв'язку з дейтерієм складніше розірвати. Однак організм розрахований на роботу з воднем, тому якщо занадто багато водню замінити дейтерієм, це може призвести до поганих наслідків. Було показано на різних організмах, що додавання дейтерованої води збільшує тривалість життя і чинить протиракову дію, але більше 20% дейтерованої води в раціоні починає надавати токсичну дію. Автори статті вважають, що слід проводити доклінічні випробування та шукати поріг безпеки.

Цікавою альтернативою є заміна не водню, а вуглецю на більш важкий аналог. 13 C важче 12 C всього на 8%, у той час як дейтерій важчий за водень на 100% – такі зміни для організму будуть менш критичні. Однак цей спосіб не захистить від розриву N-H та O-H зв'язку, які скріплюють основи ДНК. До того ж виробництво 13 C на сьогоднішній день є дуже дорогим. Тим не менш, якщо вдасться знизити вартість виробництва, то заміна вуглецю може бути додатковим захистом людини від космічної радіації.

«Проблема радіаційної безпеки учасників космічних місій відноситься до класу дуже складних проблем, які неможливо вирішити в рамках одного наукового центру чи навіть цілої країни. Саме з цієї причини ми вирішили об'єднати фахівців з провідних центрів у Росії та по всьому світу для того, щоб дізнатися та консолідувати їхнє бачення шляхів вирішення даної проблеми. Зокрема, серед російських авторів статті є вчені із ФМБЦ ім. А. І. Бурназяна, ІМБП РАН, МФТІ та інших всесвітньо відомих установ. У ході роботи над проектом багато його учасників вперше познайомилися один з одним і тепер планують продовжувати розпочаті спільні дослідження», – підсумовує координатор проекту Іван Озеров, радіобіолог, керівник групи аналізу клітинних сигнальних шляхів Сколківського стартапу «Інсіліко».

Дизайнер Олена Хавіна, прес-служба МФТІ

Як уже говорилося, щойно американці розпочали свою космічну програму, їх вчений Джеймс Ван Аллен зробив досить важливе відкриття. Перший американський штучний супутник, запущений ними на орбіту, був значно меншим за радянський, але Ван Аллен додумався прикріпити до нього лічильник Гейгера. Таким чином, було офіційно підтверджено висловлену ще наприкінці ХIХ ст. видатним вченим Миколою Теслою гіпотеза про те, що Землю оточує пояс інтенсивної радіації.

Зображення Землі астронавта Вільяма Андерса

під час місії "Аполлон-8" (архів НАСА)

Тесла, однак, вважався великим диваком, а академічною наукою - навіть божевільним, тому його гіпотези про гігантський електричний заряд, що генерується Сонцем, давно лежали під сукном, а термін «сонячний вітер» не викликав нічого, крім усмішок. Але завдяки Ван Аллену теорії Тесла були реанімовані. З подачі Ван Аллена та інших дослідників було встановлено, що радіаційні пояси в космосі починаються біля позначки 800 км над поверхнею Землі і простягаються до 24 000 км. Оскільки рівень радіації там більш менш постійний, вхідна радіація повинна приблизно дорівнювати вихідної. Інакше вона або накопичувалася б доти, доки не «запекла» Землю, як у духовці, або вичерпалася. З цього приводу Ван Аллен писав: «Радіаційні пояси можна порівняти з судиною, що протікає, яка постійно поповнюється від Сонця і протікає в атмосферу. Велика порція сонячних частинок переповнює судину і виплескується, особливо в полярних зонах, призводячи до полярних сяйв, магнітних бур та інших подібних явищ».

Орбіти атмосферних частинок в екзосфері(dic.academic.ru)

Місяць не має поясів Ван Аллена. Вона також не має захисної атмосфери. Вона відкрита всім сонячним вітрам. Якби під час місячної експедиції стався сильний сонячний спалах, то колосальний потік радіації спопелив би і капсули, і астронавтів на тій частині поверхні Місяця, де вони проводили свій день. Ця радіація не просто небезпечна – вона смертельна!

1963 року радянські вчені заявили відомому британському астроному Бернарду Ловеллу, що вони не знають способу захистити космонавтів від смертельного впливу космічної радіації. Це означало, що навіть набагато товстісті металеві оболонки російських апаратів не могли впоратися з радіацією. Яким чином найтонший (майже як фольга) метал, що використовується в американських капсулах, міг захистити астронавтів? НАСА знало, що це неможливо. Космічні мавпи загинули через 10 днів після повернення, але НАСА так і не повідомило нам про справжню причину їхньої загибелі.

Мавпа-астронавт (архів РГАНТ)

Більшість людей, навіть обізнаних у космосі, і не підозрюють про існування пронизливої його простори смертельної радіації. Як не дивно (а може, саме з причин, про які можна здогадатися), в американській «Ілюстрованій енциклопедії космічної технології» словосполучення «космічна радіація» не зустрічається жодного разу. Та й загалом цю тему американські дослідники (особливо пов'язані з НАСА) обходять за версту.

Тим часом Ловелл після бесіди з російськими колегами, які добре знали про космічну радіацію, відправив інформацію адміністратору НАСА Х'ю Драйдену, але той проігнорував її.

Один з астронавтів Коллінз, які нібито відвідали Місяць, у своїй книзі згадував про космічну радіацію лише двічі:

«Принаймні, Місяць був далеко за межами земних поясів Ван Аллена, що передбачало дозу радіації для тих, хто побував там, і смертельну - для тих, хто затримався».

«Таким чином, радіаційні пояси Ван Аллена, що оточують Землю, і можливість сонячних спалахів вимагають розуміння та підготовки, щоб не піддавати екіпажу підвищеним дозам радіації».

То що означає «розуміння і підготовка»? Чи означає це, що за межами поясів Ван Аллена решта космосу вільна від радіації? Або НАСА мала секретну стратегію укриття від сонячних спалахів після ухвалення остаточного рішення про експедицію?

НАСА стверджувало, що просто може пророкувати сонячні спалахи, і тому відправляло на Місяць астронавтів тоді, коли спалахів не очікувалося, і радіаційна небезпека для них була мінімальною.

Поки що Армстронг і Олдрін виконували роботу у відкритому космосі.

на поверхні Місяця, Майкл Коллінз

ставав на орбіті (архів НАСА)

Втім, інші фахівці стверджують: «Можливо передбачити лише приблизну дату майбутніх максимальних випромінювань та їхню щільність».

Радянський космонавт Леонов все ж таки вийшов у 1966 році у відкритий космос - правда, у надважкому свинцевому костюмі. Але лише через три роки американські астронавти стрибали на поверхні Місяця, причому аж ніяк не в надважких скафандрах, а скоріше зовсім навпаки! Може, за ці роки фахівці з НАСА змогли знайти якийсь надлегкий матеріал, який надійно захищає від радіації?

Проте дослідники раптом з'ясовують, що принаймні «Аполлон-10», «Аполлон-11» та «Аполлон-12» вирушили в дорогу саме в ті періоди, коли кількість сонячних плям та відповідна сонячна активність наближалися до максимуму. Загальноприйнятий теоретичний максимум 20-го сонячного циклу тривав із грудня 1968 року по грудень 1969 року. У цей період місії "Аполлон-8", "Аполлон-9", "Аполлон-10", "Аполлон-11" і "Аполлон-12" імовірно вийшли за межі зони захисту поясів Ван Аллена і увійшли в навколомісячний простір.

Подальше вивчення щомісячних графіків показало, що поодинокі сонячні спалахи - явище випадкове, що відбувається спонтанно протягом 11-річного циклу. Буває й так, що в низький період циклу трапляється велика кількістьспалахів за короткий проміжок часу, а під час «високого» періоду – зовсім незначна кількість. Але важливо саме те, що дуже сильні спалахи можуть мати місце у час циклу.

В епоху «Аполлонів» американські астронавти провели в космосі майже 90 днів. Оскільки радіація від непередбачуваних сонячних спалахів долітає до Землі або Місяця менш ніж за 15 хвилин, захиститись від неї можна було б тільки за допомогою свинцевих контейнерів. Але якщо потужності ракети вистачило, щоб підняти таку зайву вагу, то чому треба було виходити в космос у тоненьких капсулах (буквально 0,1 мм алюмінію) при тиску 0,34 атмосфер?

Це при тому, що навіть тонкий шар захисного покриття, що називається «майларом», за твердженнями екіпажу «Аполлон-11», виявився настільки важким, що його довелося терміново прати з місячного модуля!

Схоже, у місячні експедиції НАСА відбирало особливих хлопців, щоправда, з поправкою на обставини, відлиті не зі сталі, а зі свинцю. Американський дослідник проблеми Ральф Рене не полінувався розрахувати, як часто кожна з місячних експедицій, що нібито відбулися, мала потрапити під сонячну активність.

Між іншим, один з авторитетних співробітників НАСА (заслужений фізик, до речі) Біл Модлін у своїй роботі «Перспективи міжзоряних подорожей» відверто повідомляв: «Сонячні спалахи можуть викидати ГеВ протони в тому ж енергетичному діапазоні, що і більшість космічних частинок, але набагато більше . Збільшення їх енергії при посиленій радіації становить особливу небезпеку, оскільки ГеВ протони проникають крізь кілька метрів матеріалу… Сонячні (або зіркові) спалахи з викидом протонів - це дуже серйозна небезпека, що періодично виникає, в міжпланетному просторі, яка забезпечує дозу радіації в сотні тисяч рентген за кілька годин. на відстані від Сонця до Землі. Така доза є смертельною і в мільйони разів перевищує допустиму. Смерть може наступити вже після 500 рентгенів за короткий проміжок часу».

Так, браві американські хлопці потім мали сяяти дужче четвертого чорнобильського енергоблоку. "Космічні частинки небезпечні, вони виходять з усіх боків і вимагають щонайменше двох метрів щільного екрану навколо будь-яких живих організмів". Адже космічні капсули, які досі демонструє НАСА, мали трохи більше 4 м у діаметрі. При товщині стін, рекомендованої Модліним, астронавти, навіть без будь-якого обладнання, у них би не влізли, не кажучи вже про те, що й не вистачило б палива для того, щоб такі капсули підняти. Але, очевидно, ні керівництво НАСА, ні послані ним на Місяць астронавти книжок свого колеги не читали і, перебуваючи в блаженному незнанні, подолали всі терни дорогою до зірок.

Втім, можливо, НАСА і справді розробило їм якісь наднадійні скафандри, використовуючи (зрозуміло, дуже засекречений) надлегкий матеріал, який захищає від радіації? Але чому ж його так більше ніде і не використовували, як кажуть, у мирних цілях? Ну гаразд, з Чорнобилем СРСР вони не захотіли допомагати: все ж таки перебудова ще не почалася. Але ж, наприклад, 1979 року в тих же США на АЕС «Тримайл-Айленд» сталася велика аварія реакторного блоку, що призвела до розплавлення активної зони реактора. Так що ж американські ліквідатори не використовували космічні скафандри за такою розрекламованою технологією НАСА вартістю ні багато ні мало в $7 млн, щоб ліквідувати цю атомну міну сповільненої дії на своїй території?