С какими дозами радиации столкнутся космонавты на Луне? Теперь у нас есть ответ

У ученых наконец-то появились точные сведения о том, с каким уровнем излучения столкнутся будущие покорители Луны. Новое исследование сообщает, что космонавты, прыгающие по поверхности Луны, будут получать дозу около 60 микрозивертов в час. По словам членов исследовательской группы, это в 5-10 раз выше, чем при трансатлантическом перелете на пассажирском самолете, и примерно в 200 раз выше, чем на поверхности Земли.

«Другими словами, длительное пребывание на Луне подвергнет тела астронавтов воздействию высоких доз радиации», — говорится в заявлении соавтора исследования Томаса Бергера, физика-радиолога из Института аэрокосмической медицины Немецкого аэрокосмического центра в Кельне. Эти цифры действительно высоки — но, как мы уже знаем, недостаточно высоки, чтобы помешать по крайней мере краткосрочному исследованию Луны людьми, а не зондами.

Ученым уже давно известно, что уровень радиации на Луне относительно высок, поскольку у нее нет плотной атмосферы или магнитного поля, которые могли бы ее защитить. К счастью, наша Земля обладает обоими типами защиты. Однако точные цифры излучения на поверхности нашего спутника были доселе неизвестными. 

Например, дозиметры, которые астронавты «Аполлонов» брали с собой на Луну с 1969 по 1972 год, регистрировали кумулятивное облучение за весь полет, к тому же были просто неспособны произвести детальное изучение уровней радиации на поверхности Луны. Новое исследование как раз дает нам эту информацию.

Точные цифры были получены благодаря немецкому нейтронно-дозиметрическому прибору Lunar Lander Neutron and Dosimetry (LND), который был включен в китайскую лунную миссию Chang'e 4. Чанъэ-4 вошел в историю в январе 2019 года как космический аппарат, совершивший первое мягкое приземление на практически неизведанной обратной стороне Луны.

Chang'e 4 состоит из марсохода Yutu-2 («Нефритовый кролик-2») и посадочного модуля, оба из которых все еще работают. LND является частью научной полезной нагрузки посадочного модуля, и его частично экранированное положение обеспечивает «хорошую индикацию излучения внутри скафандра», сказал Бергер.

По данным LND, заряженные частицы, такие как галактические космические лучи (ГКЛ), которые разгоняются до огромных скоростей благодаря взрывам далеких сверхновых, составляют около 75% от общей мощности дозы излучения на лунной поверхности, составляющей 60 микрозивертов в час.

Таким образом, уровень воздействия ГКЛ на Луне примерно в 2.6 раз выше, чем у астронавтов на борту Международной космической станции, согласно новому исследованию, которое было опубликовано 25 сентября в журнале Science Advances. (Космическая станция, вращаясь за пределами большей части атмосферы Земли, все же получает некоторую защиту от излучений благодаря магнитному полю нашей планеты.)

Нет препятствий для полета «Артемиды»

НАСА сейчас работает над тем, чтобы вернуть астронавтов на Луну к 2024 году и обеспечить постоянное присутствие человека на ближайшем соседе Земли и вокруг него к концу десятилетия с помощью программы под названием «Артемида». Уроки, извлеченные во время этой миссии, также помогут в подготовке полета на Марс с экипажем, который НАСА планирует провести в 2030-х годах, заявили представители агентства.

Опубликованные данные по уровню излучения никак не помешают грандиозным планам «Артемиды», если обратиться к своду правил НАСА по радиационному облучению. Эти правила требуют, чтобы ни один космонавт не получил дозу радиации, повышающую риск смерти от рака на протяжении всей жизни более чем на 3%. Общая эквивалентная доза, которая создает этот риск, зависит, помимо других факторов, от пола и возраста космонавта в начале радиационного облучения.

Женщины и вообще молодые космонавты, ожидаемо, подвергаются большему риску. Например, женщина-космонавт, которая начинает свою космическую карьеру в нежном возрасте 25 лет, имеет предел облучения за всю карьеру на уровне 1 миллиона микрозивертов, в то время для мужчины, который начнет летать в возрасте 55 лет, он в 4 раза выше.

В итоге, если не учитывать путь на Луну и с нее, при скорости облучения в 60 микрозивертов в час наша условная 25-летняя женщина-астронавт сможет провести на поверхности спутника в общей сложности почти 700 земных дней, исследуя нашего ближайшего космического соседа, прежде чем исчерпает дозволенный лимит НАСА. В случае с 55-летним мужчиной цифры получаются совсем нереальные — он должен будет провести на Луне больше 7.5 лет!

К тому же, по словам авторов исследования, цифры, полученные LND, показывают скорее всего верхний предел уровня излучения. Все дело в том, что данные были собраны во время неактивного отрезка 11-летнего цикла активности Солнца, когда относительно большое количество ГКЛ может проникнуть глубоко в гелиосферу, защитный пузырь из заряженных частиц солнечного ветра, который образует магнитное поле вокруг Солнца.

Однако все это не означает, что астронавты миссии «Артемида» будут жить на Луне целых два года. В целях безопасности НАСА, несомненно, захочет растянуть получаемую дозу на как можно больший срок. Например, астронавты агентства, которые работают на борту космической станции, не могут приобретать дозу больше 50 000 микрозивертов в год, если не брать форс-мажорные обстоятельства. И агентство, вероятно, разработает аналогичные лимиты по получаемому излучению для астронавтом «Артемиды», особенно для тех, кто будет проводить большую часть времени на Луне или вокруг нее.

«В более длительных полетах на Луну астронавты должны будут защищать себя от этого [радиационного воздействия] — например, закрыв жилой модуль толстым слоем лунной породы», — сказал соавтор исследования Роберт Виммер-Швайнгрубер из Университета Кристиана-Альбрехта в Киле, Германия, команда которого создала LND. «Это может снизить риск рака и других заболеваний, вызванных длительным пребыванием на Луне», добавил он.

Также такие меры могут пригодиться для защиты от спорадических, но потенциально опасных солнечных вспышек, при которых уровень излучения может повыситься в разы и даже на порядок. Увы, на данный момент LND не обнаружил никакого резкого увеличения интенсивности солнечного ветра на протяжении всего периода, охватываемого новым исследованием, но будущие лунные исследователи вполне могут попасть под одну из вспышек, так что дополнительные меры защиты точно не будут лишними.