Корональный выброс массы, произошедший на Солнце 28 октября 2021 г., был настолько велик, что Марс и Земля, находясь по разные стороны от Солнца, получили приток солнечных энергичных частиц.

28 октября 2021 года на Солнце произошёл корональный выброс массы, распространившийся так далеко, что Марс и Земля, находящиеся на противоположных сторонах Солнца и на расстоянии около 250 млн км друг от друга, искупались в потоках частиц высокой энергии.

Это первый случай, когда подобное солнечное явление было измерено одновременно на поверхностях Земли, Луны и Марса. Вспышка была зафиксирована международной группой космических аппаратов: орбитальным аппаратом ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) ЕКА, марсоходом НАСА Кьюриосити, лунным аппаратом CNSA Chang'e-4, орбитальным аппаратом НАСА Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) и земным орбитальным аппаратом DLR Eu:CROPIS. Статья с описанием результатов была опубликована в журнале Geophysical Research Letters.

Эти одновременные измерения на разных планетах помогают расширить наши знания о влиянии солнечных вспышек и о том, как магнитное поле и атмосфера планеты могут помочь защитить от них космонавтов.

Сравнение разных миров

Событие, произошедшее 28 октября 2021 года, стало примером редкого усиления базового уровня излучения. Во время таких событий солнечные частицы получают достаточно энергии, чтобы пройти через магнитный пузырь, который окружает Землю и защищает нас от менее энергичных солнечных вспышек. Это было всего лишь 73-е повышение базового уровня с момента начала регистрации в 1940-х годах.

Поскольку Луна и Марс не генерируют собственных магнитных полей, солнечные частицы могут легко достигать их поверхности и даже взаимодействовать с почвой, создавая вторичное излучение. Однако Марс обладает тонкой атмосферой, которая останавливает большинство низкоэнергетических солнечных частиц и замедляет высокоэнергетические.

Учитывая, что Луна и Марс станут объектом будущих исследований человека, чрезвычайно важно понимать эти солнечные явления и их потенциальное воздействие на организм человека. Космонавты подвергаются риску лучевой болезни. Доза облучения свыше 700 миллирентген может вызвать лучевую болезнь в результате разрушения костного мозга, что приведёт к таким симптомам, как развитие инфекции и внутреннее кровотечение.

Корональный выброс массы, наблюдавшийся спутником SOHO 28 октября 2021 года

Если астронавт получит дозу облучения более 10 Гр, он вряд ли проживёт более двух недель. Одна из вспышек на Солнце в августе 1972 года могла бы дать такую высокую дозу радиации астронавту на лунной поверхности, но, к счастью, она пришлась на период между полётами «Аполлонов» 16 и 17 с экипажами.

Для сравнения, во время события 28 октября 2021 года доза на лунной орбите, измеренная аппаратом НАСА Lunar Reconnaissance Orbiter, составила всего 31 миллирентген. «Наши расчёты прошлых событий, связанных с повышением уровня радиации на поверхности Земли, показывают, что в среднем одно событие каждые 5,5 лет может превысить безопасный уровень облучения на Луне, если не обеспечить астронавтам радиационной защиты. Понимание этих событий крайне важно для будущих полётов экипажей на поверхность Луны», — говорит учёный Цзиннань Го, исследовавший событие 28 октября.

Если сравнить измерения, выполненные ExoMars TGO и марсоходом Кьюриосити, то становится очевидной защита, обеспечиваемая атмосферой Марса: TGO зарегистрировал 9 миллирентген, что в 30 раз больше, чем 0,3 миллирентгена, зарегистрированные на поверхности.

Миссии ЕКА по изучению внутренней Солнечной системы Solar Orbiter, SOHO и BepiColombo также попали в зону действия вспышки, обеспечив ещё больше точек обзора для изучения этого солнечного события.

«В настоящее время мы живём в золотой век физики Солнечной системы. Радиационные детекторы на борту таких планетарных аппаратов, как BepiColombo, направляющийся к Меркурию, и Juice, летящий к Юпитеру, обеспечивают столь необходимое покрытие для изучения ускорения и распространения солнечных энергичных частиц», — отмечает Марко Пинто, научный сотрудник ЕКА, работающий над радиационными детекторами.

Защита наших астронавтов

Защита космонавтов во время полётов в космос является важной и ответственной задачей ЕКА. Понимание и прогнозирование интенсивных радиационных событий является жизненно важной частью этой задачи. Специальные приборы измеряют радиационную обстановку в космосе и используются для защиты важнейших объектов космической и наземной инфраструктуры, а также космонавтов. В случае своевременного предупреждения космонавты могут использовать такие средства защиты, как нательная одежда или укрытие в пещерах. В настоящее время на Международной космической станции принято укрываться в спальном отсеке или на кухне, где стены защищают от радиации.

Для защиты космических путешественников от космических лучей и энергичных солнечных бурь в первый полет на Луну отправляются два радиационных манекена. Они займут пассажирские места во время первого полёта корабля Orion вокруг Луны, который пройдёт дальше, чем когда-либо летал человек. Эта пара, оснащённая более чем 5600 датчиками, будет с беспрецедентной точностью измерять уровень радиации, которой могут подвергнуться космонавты в будущих полётах. Лётные испытания будут проводиться в рамках программы НАСА Exploration Mission-1 — полёта без экипажа в окрестности Луны и возвращения на Землю.

Лунный шлюз

В рамках программы Артемида, предусматривающей отправку астронавтов на Луну, на лунной орбите будет находиться космическая станция Gateway. На Gateway три комплекса приборов будут следить за радиационной обстановкой вокруг Луны: Европейский массив радиационных датчиков ЕКА (ERSA), комплекс экспериментов НАСА по гелиофизическим измерениям окружающей среды и радиации (HERMES) и массив внутренних дозиметров ЕКА/ДЖАКСА (IDA).

В совокупности эти эксперименты позволят измерить радиационную обстановку снаружи Gateway и проконтролировать удельные дозы облучения внутри, на расстоянии от 3000 км до 70 000 км от поверхности Луны. Эти измерения будут иметь решающее значение для лучшего понимания условий, в которых будут находиться космонавты в межпланетном пространстве.

Лунные близнецы

Космические агентства также изучают возможность использования защитной одежды для минимизации воздействия космической радиации на организм. Два идентичных манекена, разработанных в Германском аэрокосмическом центре (DLR), были пассажирами испытательного полёта «Артемида-I», который пролетел мимо Луны в ноябре и декабре 2022 года.

Манекены, получившие прозвища Хельга и Зоар, были смоделированы на основе женского тела и оснащены датчиками радиации, предоставленными DLR и NASA. Хельга летала без защиты, а на Зоар был надет недавно разработанный радиационный жилет, закрывающий её торс. В настоящее время исследователи из DLR проводят сравнение двух наборов данных, измеренных Хельгой и Зоар.

Колин Уилсон, научный сотрудник проекта ExoMars TGO, заключает: «Космическая радиация может представлять реальную опасность для наших исследований в Солнечной системе. Измерения радиационных явлений высокого уровня роботизированными миссиями крайне важны для подготовки к длительным полётам с экипажем. Благодаря данным, полученным в ходе таких полётов, как ExoMars TGO, мы можем подготовиться к тому, как наилучшим образом защитить наших исследователей».