Chyba każdy pamięta to z pierwszej lekcji o elektromagnetyzmie: ładunki o tych samych znakach odpychają się, natomiast te o przeciwnych przyciągają się. Pomysłowe wykorzystanie tego prostego faktu być może pozwoli w przyszłości chronić życie i zdrowie astronautów przebywających na Księżycu i Marsie.

Aby przygotować się do eksploracji kosmosu, NASA planuje przywrócenie misji na Księżyc. Istnieje jednak poważne zagrożenie dla astronautów będących na dłuższych misjach. Jest nim promieniowanie.

Obszar poza atmosferą ziemską jest wystawiony na ciągłe działanie intensywnego promieniowania pochodzącego zarówno ze Słońca jak i bardziej odległych źródeł – jak choćby wybuchów supernowych. W planach są misje na Marsa i Księżyc. Jednak astronauci, którzy będą brali w nich udział, będą narażeni na promieniowanie, które zwiększa prawdopodobieństwo zachorowanie na raka i inne choroby. Dlatego warto zastanowić się nad skutecznym sposobem obrony.

Obecnie najbardziej popularnym sposobem ochrony przed promieniowanie jest fizyczne zablokowanie go. Tak na przykład robi się w reaktorze atomowym, który otacza się grubym cementowym murem. To rozwiązanie byłoby raczej niepraktyczne w statkach kosmicznych. (Co ciekawe, istnieje możliwość zbudowania betonowej stacji na Księżycu, o ile tamtejszy piasek się do tego nadaje i o ile jest tam woda – jest to jednak zupełnie inne zagadnienie). Naukowcy z NASA rozważają też inne materiały – takie jak aluminium, różne plastiki czy ciekły wodór.

Cechą wspólna tych rozwiązań jest pochłanianie promieniowania. Jest jednak inna, bardziej wyrafinowana możliwość: „pole ochronne”.

Do najniebezpieczniejszych dla ludzi cząstek wchodzących w skład promieniowania zalicza się: wysokoenergetyczne elektrony i protony ze Słońca oraz neutrina o dodatnim ładunku pochodzące z dalekich supernowych. Ich cechą wspólną jest posiadanie ładunku elektrycznego.

Ładunki o tym samym znaku odpychają się. Czyli teoretycznie można by chronić astronautów otaczając ich polem o znaku zgodnym ze znakiem nadlatujących cząstek, a przez to odchylić tor ich lotu.

Choć wielu ekspertów pozostaje sceptycznych wobec tego pomysłu, Charles Buhler oraz John Lane (obydwaj pracują w ASRC Aerospace Corporation w NASA’s Kennedy Space Center) uważają, że to może się udać. Udało im się nawet przekonać komórkę NASA, odpowiedzialną za innowacyjne technologie do przekazania im grantu na zbadanie możliwości ochraniania przy pomocy tarczy z ładunków księżycowych baz.

Użycie pól elektrycznych jest starym pomysłem, pochodzącym jeszcze z lat pięćdziesiątych, kiedy to naukowcy zaczęli się zastanawiać jak uchronić astronautów przed skutkami promieniowania,” tłumaczy Buhler, „ Pomysł ten został zarzucony, jako że uznano że wymagałby on wytworzenia wysokiego napięcia oraz użycia niepraktycznych urządzeń – przykładowo astronauta miał być umieszczony w dwóch współśrodkowych kulach.

Buhler oraz Lane mają inne podejście do tego problemu. W ich wersji w otoczeniu księżycowej bazy ma znaleźć się około sześciu przewodzących sfer umieszczonych około pięć metrów nad bazą. Sfery byłyby naładowane do bardzo wysokiego napięcia – około 100 MV. Można by pozwolić sobie na tak duże napięcie, ponieważ potrzeba by tylko niewielkiej ilości energii żeby je podtrzymać – między sferami płynąłby tylko niewielki prąd.

Sfery miałby by być zrobione z mocnej i cienkiej tkaniny (takiej jak Vectran – tkaniny z której uszyte były balony, które złagodziły upadek Opportunity i Spirit na Marsa) a następnie powleczone bardzo cienką warstwą dobrego przewodnika – na przykład złota. Podczas transportu byłyby złożone, a rozkładałoby się je poprzez naładowanie ich – ładunek na wszystkich częściach przewodzącej powłoki miałyby ten sam znak, więc odpychałyby się one wzajemnie.

Jako, że sfery byłyby umieszczone wysoko nad powierzchnią, astronauci nie mogliby ich dotknąć. A przez odpowiednie ich rozstawienie, można zminimalizować natężenie pola elektrycznego na poziomie powierzchni i tym samym rozwiązać jeszcze jeden potencjalny problem.

Buhler i Lane szukają najlepszego ustawienia sfer. Problem w tym, że na promieniowanie składają się zarówno cząstki o dodatnim jak i ujemnym ładunku. Przykładowe dobre ustawienie dodatnio i ujemnie naładowanych sfer to takie, gdzie wysoko nad powierzchnią pole elektryczne ma dodatni znak, bliżej ujemny a zupełnie przy powierzchni nie ma go w ogóle. W ten sposób odchylane są zarówno ujemnie jak i dodatnio naładowane cząstki, zaś zdrowiu astronautów nic nie zagraża.

Oczywiście, jest to dopiero projekt i do jego realizacji jest jeszcze daleko. Trzeba pokonać wiele przeciwności. Księżycowy piasek ma niewielki ładunek i nie wiadomo jak zachowa się w obecności silnego pola elektrycznego. Nikt nie wie jaki wpływ na takie sfery miałby wiatr słoneczny. Gdyby zaś wytworzone pole byłoby wystarczająco mocne by uwięzić cząstki, a nie tylko je odchylić, mogłoby to doprowadzić do powstania prądów o wielkich natężeniach tuż nad głowami astronautów.

Buhler i Lane starają się rozwiązać te problemy. Być może ostateczne rozwiązanie będzie zupełnie inne – na przykład pole magnetyczne stworzone przez nadprzewodnik. Ale być może, pewnego dnia, astronauci na Marsie i Księżycu będą chronieni przez urządzenie o zasadzie działania tak prostej, że będzie się ją dawało wytłumaczyć fizyką z poziomu gimnazjum.

Autor

Krzysztof Dryś

Komentarze

  1. Marcin    

    Promieniowanie na Marsie to nie jest problem. — Już kiedyś coś pisałem na temat wpływu promieniowania na zdrowie astronautów przebywających na powierzchni Marsa (nie chce mi się teraz tego szukać, może później to znajdę). Zapewniam Was, że w przypadku Czerwonej Planety nie jest to aż tak wielki problem, dlatego też zastosowanie na Marsie takich wynalazków jak ten opisany w newsie nie ma większego sensu. Nieco inaczej sprawa przedstawia się w przypadku Księżyca – w przypadku założenia tam stałej bazy, promieniowanie, głównie to pochodzące z rozbłysków słonecznych, stanowić będzie dość duże zagrożenie dla zdrowia astronautów.

    Pozdrawiam, Marcin

    1. Marcin    

      Uzupełnienie. — Chyba znalazłem wspomniany przeze mnie tekst. Post po tytułem „Nie lękajcie się”: http://forum.astronet.pl/index.cgi?423#n001000
      W uzupełnieniu tylko dodam, że w przypadku astronautów przebywających na powierzchni Marsa całkowicie wystarczającym rozwiązaniem byłoby umieszczenie na module mieszkalnym worków z piaskiem lub też zaprojektowanie modułu mieszkalnego tak, by zbiorniki z wodą znajdowały się „pod dachem” tzn. nad głowami astronautów.

      Pozdrawiam, Marcin

  2. Oskar.K    

    Najlepsza osłona — Najlepszą osłoną przed promieniowaniem są grube ściany- wiem nie sprawdzają się w małych statkach, są ciężkie i ograniczają przestrzeń.Ale w przypadku dużych krażowników kosmicznych, wysyłanych w najodleglejsze zakątki układu słonecznego, czy do innych gwiazd, nawet 3m grubości skórki to niewiele, w porównaniu z ich gabarytami- objętość wszak rośnie do sześcianu, a grubość tylko w jednym wymiarze. Gruba skóra zapewnia skuteczna ochronę nie tylko przed promieniowaniem, ale takze przed mikrometeorytami, o ataku kosmitów już nie mówiąc;)
    Przy okazji- na podobnej zasadzie zaczniemy eksploatować dna oceanów, ale to temat na inne forum.

Komentarze są zablokowane.