Кои части на Марс са най-безопасни от космическата радиация?


Кои части на Марс са най-безопасни от космическата радиация?

Художествено впечатление от селище на Марс с изглед в разрез. Кредит: Изследователски център на НАСА Еймс

През следващото десетилетие НАСА и Китай планират да изпратят първите мисии с екипаж на Марс. Това ще се състои в това, че двете агенции изпращат космически кораб през 2033, 2035, 2037 г. и на всеки 26 месеца след това, за да съвпаднат с опозицията на Марс (т.е. когато Земята и Марс са най-близо в орбитите си). Дългосрочната цел на тези програми е да се създаде база на Марс, която да служи като център за бъдещи мисии, въпреки че китайците заявиха, че възнамеряват базата им да бъде постоянна.

Перспективата за изпращане на астронавти на шест до девет месеца пътуване до Марс представлява няколко предизвикателства, да не говорим за опасностите, пред които ще се сблъскат, докато провеждат научни операции на повърхността. В едно скорошно проучване международен екип от учени проведе проучване на марсианската среда – от върховете на планината Олимп до нейните подземни вдлъбнатини – за да открие къде радиация е най-ниската. Техните открития биха могли да информират бъдещите мисии до Марс и създаването на марсиански местообитания.

Екипът беше ръководен от Джиан Джанг, асистент от Училището по земни и космически науки (ESS) към Университета за наука и технологии на Китай. Към него се присъединиха колеги от ESS и CAS Центъра за върхови постижения в сравнителната планетология в Китай, Института по експериментална и приложна физика (IEAP) в Кил, Германия, и Института по биомедицински проблеми на Руската академия на науките (RAS) и Институт по ядрена физика Скобелцин (SINP) в Москва. Документът, който описва техните открития, наскоро се появи в Списание за геофизични изследвания: Планети.

Когато става въпрос за мисии до Марс и други места извън ниската околоземна орбита (LEO), радиацията винаги е действащо предприятие. В сравнение със Земята, Марс има слаба атмосфера (по-малко от 1% от въздушно налягане), и няма защитна магнитосфера, която да предпазва повърхността от слънчева и космическа радиация. В резултат на това учените теоретизират, че вредните частици, особено галактическите космически лъчи (GCR), могат да се разпространяват и взаимодействат директно с атмосферата и дори да достигнат под повърхността на Марс.

Въпреки това, нивото на излагане на радиация зависи от това колко дебела е атмосферата, която се променя в зависимост от надморската височина. В рамките на ниско разположени области като известната каньонна система на Марс (Valles Marineris) и най-големият му кратер (Hellas Planitia), атмосферното налягане се оценява съответно на над 1,2 и 1,24 kPa. Това е около два пъти по-голямо от средното от 0,636 kPa и до 10 пъти по-високо от атмосферното налягане на места с висока надморска височина като Olympus Mons (най-голямата планина в Слънчевата система).

Д-р Jingnan Guo, уважаван професор от IEAP в Christian-Albrechts-University и член на Китайската академия на науките (CAS), беше доктор на проф. Jian Zhang. ръководител и съавтор на статията. Както тя обясни пред Universe Today по имейл:

„Различната надморска височина означава различна дебелина на атмосферата. Местата на голяма надморска височина обикновено имат по-тънка атмосфера отгоре. Високо енергийната радиация на частиците трябва да премине през атмосферата, за да достигне повърхността на Марс. Ако дебелината на атмосферата се промени, повърхностното излъчване също може да се промени. По този начин височината може да повлияе на повърхностната радиация на Марс.”

За тази цел екипът разгледа влиянието на атмосферните дълбочини върху нивата на марсианска радиация. Това включва абсорбираната доза, измерена в рад; дозовият еквивалент, измерен в ремове и сиверти (Sv); и ефективни дози за тялото, индуцирани от GCR. Това се състоеше в моделиране на радиационната среда с помощта на най-съвременен симулатор, базиран на софтуера GEometry And Tracking (GEANT4), разработен от CERN.

Известен като симулатор на взаимодействие с атмосферно излъчване (AtRIS), този софтуер използва вероятностни алгоритми на Монте Карло, за да симулира взаимодействието на частици с атмосферата и терена на Марс. Както д-р Гуо илюстрира:






„Използваме подход на Монте Карло, наречен „GEANT4“, за да моделираме транспортирането и взаимодействието на енергийни частици с марсианската атмосфера и реголита. Марсианската среда е създадена, като се има предвид атмосферния състав и структура на Марс и свойствата на реголита.

„Спектрите на входните частици върху атмосферата на Марс се получават също от калибрирани с данни модели, които описват вездесъщата радиационна среда на частици в междупланетното пространство, която включва заредени частици от различни видове, които са главно протони (~87%), хелиеви йони (12%), както и малки следи от по-тежки йони като въглерод, кислород и желязо.”

Те открили, че по-високите повърхностни налягания могат ефективно да намалят количеството радиация на тежки йони (GCR), но все още е необходимо допълнително екраниране. За съжаление, наличието на това екраниране може да доведе до “душове от космически лъчи”, където въздействието на GCR срещу екранирането създава вторични частици, които могат да наводнят вътрешността на местообитанието с различни нива на неутронно излъчване (известен още като неутронен поток). Те могат да допринесат значително за ефективната доза радиация, която астронавтите ще абсорбират.

Те установиха, че както неутронният поток, така и ефективната доза достигат пик на около 30 см (1 фут) под повърхността. За щастие тези открития предлагат решения, що се отнася до използването на марсиански реголит за екраниране. Д-р Гуо каза:

„За даден праг на годишната биологично претеглена ефективна радиационна доза, например 100 mSv (количество, често считано за праг, под който рискът от радиационно-индуциран рак е незначителен), необходимата дълбочина на реголита варира между около 1 m и 1,6 m . В рамките на този диапазон, при дълбок кратер, където повърхностното налягане е по-високо, необходимата допълнителна реголитна защита е малко по-малка. Докато на върха на планината Олимп, необходимата допълнителна реголитна защита е по-висока.”

Въз основа на техните открития, най-добрите места за бъдещи местообитания на Марс ще бъдат разположени в ниски райони и на дълбочина от 1 m и 1,6 m (3,28 до 5,25 фута) под повърхността. Следователно, Северните низини, които съставляват по-голямата част от Северното полукълбо (известен още като Vastitas Borealis) и Valles Marineris биха били много подходящи места. Освен че има по-дебели атмосферно наляганетези региони също имат изобилие от воден лед точно под повърхността.

Ако всичко върви по план, астронавтите ще стъпят на марсианската повърхност след малко повече от десетилетие. Това ще се състои от транзити с продължителност от шест до девет месеца (с изключение на развитието на по-модерни технологии за задвижване) и операции на повърхността до 18 месеца. Накратко, астронавтите ще трябва да се борят със заплахата от повишена радиация до три години. Като такива, подробни стратегии за смекчаване трябва да бъдат разработени много предварително.

НАСА и други космически агенции инвестираха значително време, енергия и ресурси, за да разработят дизайни на местообитания, които използват 3D печат, използване на ресурси на място (ISRU) и дори електромагнитно екраниране, за да гарантират здравето и безопасността на астронавтите. Въпреки това, все още има въпроси без отговор за това колко ефективни ще бъдат тези стратегии на практика, особено като се има предвид времето, което екипажите ще прекарват на марсианската повърхност.

„Нашето проучване може да послужи за смекчаване на радиационните рискове при проектирането на бъдещи марсиански местообитания, използвайки естествен повърхностен материал като екранираща защита“, каза д-р Гуо. „Поради това изследвания като това ще бъдат от значителна стойност, когато планиращите мисии започнат да обмислят проекти за бъдещи марсиански местообитания, които разчитат на естествен повърхностен материал, за да осигурят радиационна защита.


Астронавтите на Марс ще създават гориво, като си вземат душ


Повече информация:
Jian Zhang et al, От върха на марсианския Олимп до дълбоките кратери и отдолу: радиационна среда на Марс при различни атмосферни и реголитни дълбочини, Списание за геофизични изследвания: Планети (2022 г.). DOI: 10.1029/2021JE007157

Предоставена от
Вселената днес


Цитат: Кои части на Марс са най-безопасни от космическа радиация? (2022 г., 3 май) извлечен на 4 май 2022 г. от https://phys.org/news/2022-05-mars-safest-cosmic.html

Този документ е обект на авторско право. Освен всяка честна сделка с цел частно проучване или изследване, никоя част не може да бъде възпроизвеждана без писменото разрешение. Съдържанието е предоставено само за информационни цели.