Jak niebezpieczne jest promieniowanie kosmiczne dla ludzi?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 16:14

Ziemia jest wyjątkową kolebką wszystkich żywych istot. Chronieni jego atmosferą i polem magnetycznym, nie możemy myśleć o zagrożeniach radiacyjnych, poza tymi, które tworzymy własnymi rękami. Jednak wszystkie projekty eksploracji kosmosu – bliskiego i dalekiego – niezmiennie napotykają na problem bezpieczeństwa radiologicznego. Przestrzeń jest nieprzyjazna życiu. Nie oczekuje się tam nas.

Orbita Międzynarodowej Stacji Kosmicznej była kilkakrotnie podnoszona, a obecnie jej wysokość wynosi ponad 400 km. Zrobiono to, aby odsunąć latające laboratorium od gęstych warstw atmosfery, gdzie cząsteczki gazu wciąż wyraźnie spowalniają lot, a stacja traci wysokość. Aby nie korygować orbity zbyt często, dobrze byłoby podnieść stację jeszcze wyżej, ale tego nie da się zrobić. Dolny (protonowy) pas promieniowania zaczyna się około 500 km od Ziemi. Długi lot wewnątrz któregoś z pasów radiacyjnych (a są dwa) będzie katastrofalny dla załóg.

Kosmonauta-likwidator

Niemniej jednak nie można powiedzieć, że na wysokości, na której obecnie leci ISS, nie ma problemu z bezpieczeństwem radiacyjnym. Po pierwsze, na południowym Atlantyku występuje tak zwana brazylijska lub południowoatlantycka anomalia magnetyczna. Tutaj pole magnetyczne Ziemi wydaje się opadać, a wraz z nim dolny pas promieniowania okazuje się być bliżej powierzchni. A ISS wciąż go dotyka, lecąc w tym obszarze.

Po drugie, człowiekowi w kosmosie zagraża promieniowanie galaktyczne - strumień naładowanych cząstek pędzących ze wszystkich kierunków iz ogromną prędkością, generowany przez wybuchy supernowych lub przez aktywność pulsarów, kwazarów i innych anomalnych ciał gwiezdnych. Część z tych cząstek jest zatrzymywana przez pole magnetyczne Ziemi (które jest jednym z czynników powstawania pasów promieniowania), podczas gdy część traci energię w zderzeniach z cząsteczkami gazu w atmosferze.

Coś dociera do powierzchni Ziemi, dzięki czemu małe radioaktywne tło jest obecne na naszej planecie absolutnie wszędzie. Osoba żyjąca na Ziemi, która nie ma do czynienia ze źródłami promieniowania, otrzymuje średnio dawkę 1 milisiwerta (mSv) rocznie. Astronauta na ISS zarabia 0,5–0,7 mSv. Codziennie!

Pasy radiacyjne

Pasy radiacyjne Ziemi to obszary magnetosfery, w których gromadzą się naładowane cząstki o wysokiej energii. Pas wewnętrzny składa się głównie z protonów, a zewnętrzny z elektronów. W 2012 roku satelita NASA odkrył kolejny pas, który znajduje się pomiędzy dwoma znanymi.

„Można dokonać ciekawego porównania”, mówi Wiaczesław Shurszakow, kierownik wydziału bezpieczeństwa radiacyjnego kosmonautów w Instytucie Problemów Biomedycznych Rosyjskiej Akademii Nauk, kandydat nauk fizycznych i matematycznych. - Za dopuszczalną dawkę roczną dla pracownika elektrowni jądrowej uważa się 20 mSv - 20 razy więcej niż otrzymuje zwykły człowiek. Dla specjalistów ratownictwa, tych specjalnie przeszkolonych osób, maksymalna roczna dawka wynosi 200 mSv. To już 200 razy więcej niż zwykła dawka i… praktycznie tyle samo, ile dostaje astronauta, który pracował na ISS przez rok.”

Obecnie medycyna ustaliła maksymalny limit dawki, którego nie można przekroczyć w ciągu życia człowieka, aby uniknąć poważnych problemów zdrowotnych. To jest 1000 mSv lub 1 Sv. Dzięki temu nawet pracownik elektrowni jądrowej ze swoimi standardami może spokojnie pracować przez pięćdziesiąt lat, nie martwiąc się o nic.

Z drugiej strony astronauta wyczerpie swój limit za zaledwie pięć lat. Ale nawet po czterech latach lotu i uzyskaniu legalnego 800 mSv, prawie nie zostanie mu dopuszczone nowe roczne loty, ponieważ będzie groziło przekroczenie limitu.

„Innym czynnikiem zagrożenia radiacyjnego w kosmosie – wyjaśnia Wiaczesław Szurszakow – jest aktywność Słońca, a zwłaszcza tzw. emisje protonów. W momencie wyrzutu, w krótkim czasie, astronauta na ISS może otrzymać dodatkowe 30 mSv. Dobrze, że słoneczne zdarzenia protonowe występują rzadko - 1-2 razy w 11-letnim cyklu aktywności słonecznej. Źle, że procesy te zachodzą stochastycznie, w losowej kolejności i są trudne do przewidzenia.

Nie pamiętam, żeby nasza nauka z góry ostrzegała nas o zbliżającym się uwolnieniu. Zwykle tak nie jest. Dozymetry na ISS nagle pokazują wzrost tła, dzwonimy do specjalistów od Słońca i otrzymujemy potwierdzenie: tak, jest anomalna aktywność naszej gwiazdy. To z powodu tak nagłych zdarzeń protonów słonecznych nigdy nie wiemy dokładnie, jaką dawkę astronauta przyniesie ze sobą z lotu.

Szalone cząsteczki

Problemy z promieniowaniem dla załóg udających się na Marsa zaczną się już na Ziemi. Statek ważący 100 ton lub więcej będzie musiał być przyspieszany przez długi czas na niskiej orbicie okołoziemskiej, a część tej trajektorii przejdzie wewnątrz pasów radiacyjnych. To już nie są godziny, ale dni i tygodnie. Dalej - wychodząc poza magnetosferę i promieniowanie galaktyczne w swojej pierwotnej postaci, wiele ciężkich naładowanych cząstek, których oddziaływanie pod „parasolem” ziemskiego pola magnetycznego jest mało odczuwalne.

„Problem polega na tym”, mówi Wiaczesław Shurszakow, „że wpływ cząstek na krytyczne narządy ludzkiego ciała (na przykład układ nerwowy) jest dziś mało zbadany. Być może promieniowanie spowoduje, że astronauta straci pamięć, spowoduje nieprawidłowe reakcje behawioralne i agresję. I jest bardzo prawdopodobne, że te efekty nie będą zależne od dawki. Dopóki nie zgromadzimy wystarczającej ilości danych na temat istnienia żywych organizmów poza polem magnetycznym Ziemi, bardzo ryzykowne jest odbywanie długich ekspedycji kosmicznych.”

Kiedy eksperci ds. bezpieczeństwa radiologicznego sugerują, że projektanci statków kosmicznych zwiększają bezpieczeństwo biologiczne, odpowiadają na pozornie całkiem racjonalne pytanie: „W czym problem? Czy któryś z kosmonautów zmarł na chorobę popromienną?” Niestety, dawki promieniowania otrzymywane na pokładzie nie są nawet statkami przyszłości, ale zwykłe ISS, choć mieszczą się w normach, wcale nie są nieszkodliwe.

Z jakiegoś powodu radzieccy kosmonauci nigdy nie skarżyli się na swój wzrok – najwyraźniej bali się o swoją karierę, ale dane amerykańskie wyraźnie pokazują, że promieniowanie kosmiczne zwiększa ryzyko zaćmy i zmętnienia soczewki. Badania krwi astronautów wykazują wzrost aberracji chromosomowych w limfocytach po każdym locie w kosmos, co w medycynie uważane jest za marker nowotworowy. Ogólnie stwierdzono, że przyjmowanie dopuszczalnej dawki 1 Sv w ciągu życia skraca życie średnio o trzy lata.

Ryzyko księżycowe

Jednym z „mocnych” argumentów zwolenników „spisku księżycowego” jest twierdzenie, że przekroczenie pasów radiacyjnych i przebywanie na Księżycu, gdzie nie ma pola magnetycznego, spowodowałoby nieuchronną śmierć astronautów z powodu choroby popromiennej. Amerykańscy astronauci naprawdę musieli przekroczyć pasy radiacyjne Ziemi - protonowe i elektroniczne. Stało się to jednak tylko przez kilka godzin, a dawki otrzymane przez załogi Apollo podczas misji okazały się znaczące, ale porównywalne z tymi, które otrzymali weterani ISS. „Oczywiście Amerykanie mieli szczęście”, mówi Wiaczesław Shurszakow, „w końcu podczas ich lotów nie wydarzyło się ani jedno zdarzenie związane z protonem słonecznym. Gdyby tak się stało, astronauci otrzymaliby dawki subletalne - nie 30 mSv, ale 3 Sv.

Zamocz ręczniki

„My, specjaliści w dziedzinie bezpieczeństwa radiologicznego”, mówi Wiaczesław Shurszakow, „nalegamy na wzmocnienie ochrony załóg. Na przykład na ISS najbardziej narażone są kabiny kosmonautów, w których odpoczywają. Nie ma tam żadnej dodatkowej masy, a jedynie kilkumilimetrowa metalowa ściana oddziela człowieka od kosmosu. Jeśli zmniejszymy tę barierę do ekwiwalentu wody przyjętego w radiologii, to tylko 1 cm wody.

Dla porównania: atmosfera ziemska, pod którą chowamy się przed promieniowaniem, odpowiada 10 m wody. Niedawno zaproponowaliśmy zabezpieczenie kabin astronautów dodatkową warstwą nasiąkniętych wodą ręczników i serwetek, co znacznie ograniczyłoby skutki promieniowania. Opracowywane są leki chroniące przed promieniowaniem, chociaż nie są jeszcze stosowane na ISS.

Być może w przyszłości, wykorzystując metody medycyny i inżynierii genetycznej, uda się nam ulepszyć organizm człowieka tak, aby jego krytyczne narządy były bardziej odporne na czynniki radiacyjne. Ale w każdym razie, bez bacznej uwagi nauki na ten problem, można zapomnieć o lotach kosmicznych na duże odległości.”