Kako slabo je sevanje na Marsu?

Space Elevator – Science Fiction or the Future of Mankind? (Julij 2019).

Anonim

Človeško raziskovanje Marsa je v zadnjih nekaj desetletjih rahlo. Poleg osmih aktivnih misij na ali okoli Rdečega planeta bo do konca desetletja načrtovano sedem robotskih pristajalcev, roverjev in orbitorov. In do leta 2030 in kasneje, več vesoljskih agencij namerava namestiti tudi posadke na površje.

Poleg tega je veliko prostovoljcev, ki so pripravljeni na enosmerno potovanje na Mars, in ljudje zagovarjajo, da ga spremenimo v drugi dom. Vsi ti predlogi so usmerili pozornost na nenavadne nevarnosti, ki prihajajo s pošiljanjem človeških bitij na Mars. Poleg hladnega, suhega okolja, pomanjkanja zraka in velikih peščenih neviht, je tudi vprašanje sevanja.

Vzroki:

Mars nima zaščitne magnetosfere, kot je Zemlja. Znanstveniki verjamejo, da je Mars v enem trenutku tudi v jedru doživljal konvekcijske tokove, kar je povzročilo dinamo učinek, ki je napeljeval planetarno magnetno polje. Vendar pa je približno 4, 2 milijarde let nazaj - bodisi zaradi velikega vpliva velikega predmeta ali hitro hlajenja v jedru - ta dinamo učinek je prenehal.

Posledično je v naslednjih 500 milijonih letih atmosfera Mars počasi odstranila sončni veter. Med izgubo magnetnega polja in atmosfere je površina Marsa izpostavljena veliko višjim sevanjem kot Zemlji. In poleg redne izpostavljenosti kozmičnim žarkom in sončnemu vetru, prejmejo občasne smrtne eksplozije, ki se pojavijo z močnimi sončnimi žarki.

Preiskave:

NASA-jeva letala Mars Odyssey 2001 je bila opremljena s posebnim instrumentom, imenovanim Martian Radiation Experiment (ali MARIE), ki je bil zasnovan za merjenje sevalnega okolja okoli Marsa. Ker Mars ima tako tanko atmosfero, bi radiacijo, ki ga zaznava Mars Odyssey, približno enako kot na površini.

Sonda Mars Odyssey je v približno 18 mesecih odkrila stalno raven sevanja, ki je 2, 5-krat višja od tistega, kar astronavti doživljajo na Mednarodni vesoljski postaji - 22 milijradi na dan, kar znaša 8000 milijradov (8 radov) na leto. Vesoljska ladja je zaznala tudi 2 sončna protonska dogodka, kjer so ravni sevanja dosegle najvišjo vrednost okoli 2000 miliradov na dan in nekaj drugih dogodkov, ki so dosegli približno 100 miliradov.

Za primerjavo so ljudje v razvitih državah izpostavljeni (v povprečju) 0, 62 radov na leto. Medtem ko so študije pokazale, da lahko človeško telo prenese do 200 radov brez trajnih poškodb, lahko dolgotrajna izpostavljenost vrstam, odkritim na Marsu, povzroči vse vrste zdravstvenih težav, kot so akutna sevanje, s povečanim tveganjem za raka, genetsko škodo in celo smrt.

Glede na to, da izpostavljenost kakršnemu koli obsevanju sevanja prinaša določeno stopnjo tveganja, NASA in druge vesoljske agencije ohranjajo strogo politiko ALARA (As-Low-As-Reasonable-Achievable) pri načrtovanju misij.

Možne rešitve:

Človeški raziskovalci na Marsu se bodo vsekakor morali ukvarjati s povečano raven sevanja na površini. Še več, vsi poskusi kolonizacije rdečega planeta bodo zahtevali tudi ukrepe za zagotovitev, da se izpostavljenost sevanju zmanjša. Za reševanje tega problema smo že predlagali več rešitev - kratkoročno in dolgoročno.

NASA na primer vzdržuje več satelitov, ki preučujejo sonce, vesoljsko okolje v celotnem sončnem sistemu in spremljajo galaktične kozmične žarke (GCR), v upanju, da bi bolje razumeli sončno in kozmično sevanje. Prav tako so iskali načine za boljše zaščito astronavtov in elektronike.

Leta 2014 je NASA začela z zmanjševanjem Galactic Cosmic Rays Challenge, ki temelji na spodbudah, ki je podelila skupno 12.000 dolarjev idejam o tem, kako zmanjšati izpostavljenost astronavtov galaktičnim kozmičnim žarkom. Po prvem izzivu aprila leta 2014 je bil julija izveden nadaljnji izziv, ki je podelil nagrado 30.000 dolarjev za ideje, ki vključujejo aktivno in pasivno zaščito.

Ko gre za dolgotrajno bivanje in kolonizacijo, je bilo v preteklosti še nekaj idej. Na primer, kot so pojasnili Robert Zubrin in David Baker v svojem predlogu za malo poslansko misijo "Mars Direct", bi bili habitati, ki so bili zgrajeni neposredno v tla, seveda zaščiteni pred sevanjem. Zubrin se je o tem razširil v svoji knjigi iz leta 1996, The Case for Mars: načrt za poravnavo rdečega planeta in zakaj moramo.

Predlagali so tudi predloge za gradnjo habitatov nad tlemi z uporabo napihljivih modulov, ki so zajeti v keramiki, ustvarjeni z uporabo Martianovega tla. Podobno kot sta predlagala NASA in ESA za poravnavo na Luni, bi se ta načrt močno opiral na robote, ki uporabljajo 3-D tiskarsko tehniko, imenovano »sintranje«, kjer se pesek pretvori v staljeni material z rentgenskimi žarki.

Marsona, neprofitna organizacija, ki je v prihodnjih desetletjih posvečena kolonizaciji Marsa, ima tudi predloge za zaščito Marsovskih naseljencev. Obravnava vprašanja sevanja je organizacija predlagala izgradnjo zaščite v vesoljski misiji misije, tranzitnega vozila in modula za bivanje. V primeru sončnega izbruha, kjer je ta zaščita nezadostna, se zavzemajo za oblikovanje posebnega zavetišča za zaščito pred sevanjem (nameščene v rezervoarju z votlo vodo) znotraj svojega Mars Transit Habitat.

Ampak morda najbolj radikalni predlog za zmanjšanje izpostavljenosti Marsu škodljivemu sevanju vključuje hiter začetek jedra planeta za obnovitev magnetosfere. Da bi to naredili, bi morali utekočiniti planet zunanjega jedra, tako da se lahko znova preklopi okoli notranjega jedra. Lastna rotacija planeta bi začela ustvarjati dinamični učinek in ustvarjalo bi se magnetno polje.

Po podatkih Sam Factor, diplomantka oddelka za astronomijo na Univerzi v Teksasu, lahko to storite na dva načina. Prva bi bila detonacija serije termonuklearnih bojnih glav v bližini jedra planeta, medtem ko je v drugem delu električni tok skozi planet, ki povzroča odpornost na jedru, ki bi ga segrela.

Poleg tega je študija iz leta 2008, ki so jo izvedli raziskovalci iz Nacionalnega inštituta za fuzijsko znanost (NIFS) na Japonskem, obravnavala možnost ustvarjanja umetnega magnetnega polja okoli Zemlje. Po razmišljanju o neprekinjenih meritvah, ki so v zadnjih 150 letih pokazale 10-odstotno zmanjšanje intenzivnosti, so se zavzemale za to, kako bi lahko niz nadgradnih obročev, ki obkrožajo planet, nadomestili prihodnje izgube.

Z nekaterimi prilagoditvami se lahko tak sistem prilagodi za Mars, tako da se ustvari umetno magnetno polje, ki bi lahko pomagalo zaščititi površino pred nekaterimi škodljivimi sevanjemi, ki jih redno prejema. Če bi terraformalci poskušali ustvariti ozračje za Mars, bi ta sistem lahko tudi zagotovil, da je zaščiten pred sončnim vetrom.

Nazadnje, študija leta 2007, ki so jo raziskovalci na Inštitutu za mineralogijo in petrologijo v Švici in Fakulteta za zemeljske in življenjske vede na Univerzi Vrije v Amsterdamu uspeli ponoviti, kaj izgleda jedro Marsa. Z uporabo diamantne komore je ekipa lahko ponovila tlačne razmere na železovem žaru in železovem-nikelj-žveplovih sistemih, ki ustrezajo središču Marsa.

Ugotovili so, da bi bilo pri temperaturi, ki se pričakuje v marčevem jedru (~ 1500 K, ali 1227 ° C, 2240 ° F), notranje jedro tekoče, v zunanjem jedru pa se bo nekaj strjeval. To se precej razlikuje od Zemljinega jedra, kjer strjevanje notranjega jedra sprošča toploto, ki ohranja zunanjo jedro staljeno, s čimer ustvarja dinamo učinek, ki poganja naše magnetno polje.

Odsotnost trdnega notranjega jedra na Marsu bi pomenilo, da mora nekdaj tekoče zunanje jedro imeti drug vir energije. Seveda je ta vir toplote od takrat neuspešen, zaradi česar se zunanji jedro strdi in s tem ustavi vsak dinamo učinek. Vendar pa so njihove raziskave tudi pokazale, da lahko planetno hlajenje v prihodnosti vodi do strjevanja jedra bodisi zaradi trdnih snovi, bogatih z železom, ki potujejo proti središču ali kristalizirajo železov sulfid v jedru.

Z drugimi besedami, jedro Marsa bi lahko nekoč postalo trdno, kar bi segrelo zunanji jedro in ga raztopilo. V kombinaciji z lastno rotacijo planeta bi to povzročilo dinamo učinek, ki bi znova sprožil magnetno polje planeta. Če je to res, potem je kolonizacija Marsa in tam varno življenje lahko preprosta stvar čaka, da jedro kristalizira.

Ni možnosti za to. Trenutno je sevanje na površini Marsa precej nevarno! Zato bodo v prihodnosti vsaka posadka na planetu morala upoštevati zaščito pred sevanjem in protiukrepe. In vsaka dolgoročna bivanja - vsaj v bližnji prihodnosti - bodo morala biti vgrajena v tla ali utrjena proti sončnim in kozmičnim žarkom.

Ampak veste, kaj pravijo o nujnosti, da je mati izuma, kajne? In s takšnimi svetilkami, kot je Stephen Hawking, ki pravi, da moramo začeti kolonizirati druge svetove, da bi preživeli kot vrsta, in ljudje, kot sta Elon Musk in Bas Lansdrop, ki želita, da bi se to zgodilo, bomo zagotovo videli nekaj zelo inovativnih rešitev v prihajajoče generacije!

menu
menu