Zaskakujące odkrycie naukowców

Paradoks Słońca. Dlaczego na Marsa najlepiej lecieć wtedy, gdy nasza gwiazda jest najbardziej niespokojna?

Intuicja podpowiada coś zupełnie innego: jeśli planujemy wysłać ludzi w głąb kosmosu, powinniśmy unikać okresów, w których Słońce jest najbardziej aktywne. Rozbłyski, burze słoneczne i potężne wyrzuty materii brzmią przecież jak scenariusz, którego każdy astronauta wolałby uniknąć.

Tymczasem najnowsze badania pokazują zaskakującą rzecz. Właśnie wtedy – w czasie maksimum aktywności słonecznej – podróż na Marsa może być dla ludzi… bezpieczniejsza.

Naukowcy nazywają to zjawisko „paradoksem promieniowania”.

Kiedy myślimy o niebezpieczeństwach związanych z promieniowaniem w kosmosie, najczęściej mamy na myśli Słońce. I rzeczywiście – podczas silnych rozbłysków nasza gwiazda potrafi wyrzucać ogromne ilości energetycznych cząstek.

Jednak to tylko część problemu.

Poza Układem Słonecznym istnieje jeszcze groźniejsze źródło promieniowania: galaktyczne promieniowanie kosmiczne. To strumień cząstek rozpędzonych niemal do prędkości światła, powstających w najbardziej gwałtownych zjawiskach we Wszechświecie – na przykład podczas eksplozji supernowych.

Takie cząstki potrafią przenikać przez osłony statków kosmicznych i ludzkie ciało. Uszkadzają komórki, zwiększając ryzyko chorób nowotworowych, zaćmy czy zaburzeń układu nerwowego. W przeciwieństwie do burz słonecznych nie pojawiają się nagle i nie da się przed nimi schować w specjalnym schronie na pokładzie statku.

Astronauci mogą przeczekać erupcję słoneczną w dodatkowo osłoniętej części statku czy stacji kosmicznej. Przed promieniowaniem z głębokiego kosmosu takiej możliwości po prostu nie ma.

I tu pojawia się wspomniany paradoks.

Okazuje się, że w okresach zwiększonej aktywności Słońce – choć samo emituje więcej cząstek – jednocześnie działa jak tarcza ochronna. Strumień materii wyrzucany przez naszą gwiazdę wzmacnia heliosferę, czyli ogromny magnetyczny „bąbel” otaczający Układ Słoneczny.

Ten bąbel skuteczniej odpycha cząstki galaktycznego promieniowania kosmicznego.

W praktyce oznacza to, że w czasie maksimum słonecznego do wnętrza Układu Słonecznego dociera ich mniej. A to właśnie one stanowią jedno z największych zagrożeń dla astronautów lecących w daleką podróż, na przykład na Marsa.

Aktywność Słońca nie jest stała. Zmienia się w cyklu trwającym około 11 lat. W jego trakcie bieguny magnetyczne gwiazdy zamieniają się miejscami, a liczba plam słonecznych, rozbłysków i wyrzutów materii rośnie do maksimum, by potem stopniowo maleć.

Najbardziej burzliwy moment tego cyklu – maksimum aktywności – pojawia się raz na dekadę. Właśnie wtedy, jak sugerują naukowcy, może otwierać się najbezpieczniejsze okno dla misji międzyplanetarnych.

Promieniowanie to jeden z głównych limitów dla ludzkiej eksploracji kosmosu.

Średnia roczna dawka, jaką człowiek otrzymałby w przestrzeni kosmicznej, wynosi około 400–700 milisiwertów (mSv). Dla porównania:

• przejście przez bramkę bezpieczeństwa na lotnisku to ok. 0,00007 mSv,

• zdjęcie rentgenowskie klatki piersiowej – 0,14 mSv,

• przeciętny mieszkaniec Polski otrzymuje rocznie z naturalnych źródeł ok. 2,46 mSv.

Europejska Agencja Kosmiczna ustaliła, że maksymalna dawka promieniowania w całej karierze astronauty nie powinna przekroczyć 1000 mSv. Problem w tym, że wcześniejsze analizy sugerowały, iż sama podróż na Marsa i z powrotem – szczególnie w okresie minimum słonecznego – mogłaby zbliżyć się do tej granicy.

W badaniu opublikowanym 9 marca w czasopiśmie Space Weather naukowcy spróbowali dokładniej oszacować, jak duże jest to ryzyko.

Zespół kierowany przez fizyka dr. Chao Zhanga wykorzystał dane z dwóch instrumentów badających promieniowanie w przestrzeni kosmicznej:

• teleskopu CRaTER działającego na pokładzie sondy Lunar Reconnaissance Orbiter krążącej wokół Księżyca,

• oraz detektorów na orbiterze ExoMars Trace Gas Orbiter, który od lat bada Marsa.

Na podstawie tych danych naukowcy zasymulowali kilka wariantów przyszłej wyprawy na Czerwoną Planetę. Uwzględnili różne trajektorie lotu: od najkrótszej, ale wymagającej największej ilości energii, po najdłuższą i najbardziej ekonomiczną.

Wyniki okazały się bardzo wyraźne.

We wszystkich analizowanych scenariuszach dawka promieniowania była znacznie niższa w okresie maksimum aktywności słonecznej.

W przypadku najszybszej trajektorii podróży ekspozycja astronautów mogłaby spaść nawet o około 55 procent w porównaniu z identycznym lotem odbytym podczas minimum słonecznego. W wariancie najdłuższej podróży różnica wynosiłaby około 45 procent.

Dla planistów przyszłych misji to ogromna zmiana – bo w przypadku tak długiej wyprawy każdy procent redukcji dawki promieniowania ma znaczenie.

Zdaniem specjalistów wyniki badań mogą pomóc w planowaniu przyszłych misji załogowych.

Jak podkreśla dr Anna Fogtman z zespołu medycyny kosmicznej Europejskiej Agencji Kosmicznej, bezpieczeństwo astronautów pozostaje absolutnym priorytetem.

— Dzięki takim analizom możemy dokładniej określić, ile zyskujemy, wybierając konkretne okno startowe i trajektorię lotu — wyjaśnia badaczka. — Pozwala to także ocenić, kiedy konieczne będą lepsze osłony radiacyjne lub nowe rozwiązania operacyjne, aby podróże na Marsa były bezpieczniejsze.

Paradoksalnie więc, gdy Słońce zaczyna być najbardziej niespokojne, dla astronautów może to oznaczać najlepszy moment, by wyruszyć w najdłuższą podróż w historii ludzkości.