Відправка людей на Марс потребує від вчених і інженерів подолання цілого ряду технологічних перешкод і проблем безпеки. Однією з них є серйозний ризик, пов’язаний з випромінюванням часток Сонця, далеких зірок і галактик.

Відповідь на два ключових питання допоможе подолати цю перешкоду: чи стане випромінювання часток занадто серйозною загрозою для життя людини протягом усього польоту до Червоної планети? І чи може саме час польоту на Марс допомогти захистити астронавтів і космічний корабель від радіації?

У новій статті міжнародна група вчених, включаючи дослідників з Каліфорнійського університету, відповідає на ці два питання «ні» і «так». Тобто, люди зможуть безпечно подорожувати на Марс і назад за умови, що космічний корабель матиме достатній захист, а тривалість польоту не перевищить 4 роки. І час польоту людини на Марс дійсно матиме значення: вчені визначили, що найкращий час для польоту з Землі – це пік сонячної активності, відомий як сонячний максимум.

Розрахунки вчених показують, що космічний корабель, що летить до Марса, можна захистити від енергійних часток Сонця, оскільки під час сонячного максимуму найнебезпечніші і найенергійніші частки з далеких галактик відхиляються через підвищену сонячну активність. Тож, обмеження тривалості польоту на Червону планету допоможе зменшити кількість небезпечної радіації, якій піддаються астронавти.

Подорож такої тривалості цілком здійсненна. Середній політ на Марс займає близько 9 місяців, тому, залежно від часу запуску та наявності палива, цілком можливо, що людська місія зможе досягти планети і повернутися на Землю менш ніж за два роки, вважає Юрій Шприц, геофізик-дослідник Каліфорнійського університету в Лос Лос-Анджелесі і співавтор статті.

Дослідники рекомендують здійснювати політ не довше ніж 4 роки, оскільки триваліша подорож піддасть астронавтів небезпечно високому рівню радіації під час подорожі – навіть якщо припустити, що вони відправляться в шлях у відносно безпечний час. Вони також повідомляють, що головну небезпеку для такого польоту представлятимуть частки з-за меж нашої Сонячної системи.

Вчені об’єднали геофізичні моделі випромінювання часток для одного сонячного циклу з моделями того, як радіація впливатиме на пасажирів-людей – включаючи її різний вплив на різні органи тіла – і на космічний корабель. Моделювання показало, що оболонка космічного корабля, побудована з відносно товстого матеріалу, може допомогти захистити астронавтів від радіації, але якщо захист занадто товстий, то це може збільшити кількість вторинного випромінювання, якому вони піддадуться.

Два основних типи небезпечного випромінювання в космосі – це сонячні енергійні частки і галактичні космічні промені, інтенсивність кожного з них залежить від сонячної активності. Активність галактичних космічних променів найменша протягом 6-12 місяців після піку сонячної активності, а інтенсивність сонячних енергійних часток найбільша під час сонячного максимуму.

Джерело.

Бернський астрофізик-теоретик Кевін Хенг зробив рідкісний подвиг: на папері він розв’язав математичну проблему розрахунку відбиття світла від планет і супутників. Тепер дані можуть бути інтерпретовані простим способом, наприклад, для розуміння планетарних атмосфер.

Протягом тисячоліть людство спостерігало за зміною фаз Місяця. Зростання і спад сонячного світла, відбитого від Місяця, коли він постає перед нами з різних боків, відомі як «фазова крива». Вимірювання фазових кривих Місяця і планет Сонячної системи – це давня галузь астрономії, якій не менше ста років. Форми цих фазових кривих містять інформацію про поверхні і атмосфери цих небесних тіл. У наш час астрономи вимірюють фазові криві екзопланет за допомогою космічних телескопів, таких як Hubble, Spitzer, TESS і CHEOPS. Ці спостереження порівнюються з теоретичними передбаченнями. Для цього необхідний спосіб розрахунку цих фазових кривих. Це передбачає пошук розв’язання математичної задачі, пов’язаної з фізикою випромінювання.

Проблема розрахунку відбитого світла від планет Сонячної системи була поставлена американським астрономом Генрі Норрісом Расселом у впливовій роботі 1916 року. Об’єднавши ідеї з її вирішення своїх попередників – авторитетних вчених – Хенг зміг записати математичні рішення для сили відображення (альбедо) і форми фазової кривої, причому повністю на папері і не вдаючись до допомоги комп’ютера. Новаторський аспект цих рішень полягає в тому, що вони дійсні для будь-якого закону відображення, що означає, що їх можна використовувати в дуже загальному вигляді. Визначальний момент настав, коли вчений порівняв свої розрахунки на папері з тим, що інші дослідники зробили з допомогою комп’ютерних обчислень. І був вражений тим, наскільки добре вони збіглися.

«Мене хвилює не тільки відкриття нової теорії, але і її важливі наслідки для інтерпретації даних», – говорить Хенг. Наприклад, космічний апарат Кассіні виміряв фазові криві Юпітера на початку 2000 років, але глибокий аналіз цих даних раніше не проводився, ймовірно, тому, що розрахунки були занадто дорогими для обчислень. За допомогою нової системи рішень Хенг зміг проаналізувати фазові криві Кассіні і зробити висновок про те, що атмосфера Юпітера заповнена хмарами, що складаються з великих, неправильних часток різного розміру. Це паралельне дослідження щойно опубліковане в Astrophysical Journal Letters.

Можливість записати математичні рішення для фазових кривих відбитого світла на папері означає, що їх можна використовувати для аналізу даних за лічені секунди. Це відкриває нові способи інтерпретації даних, які раніше були неможливі. Хенг співпрацює з П’єром Ослер-Десротуром з Паризької обсерваторії для подальшого узагальнення цих математичних рішень.

Хенг і його співавтори продемонстрували новий спосіб аналізу фазової кривої екзопланети Kepler-7b, отриманої за допомогою космічного телескопа Kepler. Бретт Морріс керував частиною роботи з аналізу даних. Наразі вони співпрацюють з вченими з американського космічного телескопа TESS для аналізу даних фазової кривої TESS. Хенг передбачає, що ці нові рішення приведуть до появи нових способів аналізу даних фазових кривих з майбутнього космічного телескопа імені Джеймса Вебба, запуск якого запланований на 2021 рік. «Найбільше мене тішить те, що ці математичні рішення залишаться актуальними ще довго після того, як я піду з життя, і, можливо, увійдуть в стандартні підручники», – сказав Хенг.

Джерело.