Příšerná, pekelná záře pocházející z Měsíce se může na tomto obrázku zdát neskutečná, protože je pro naše oči neviditelná. Ale nástroje, které detekují gama paprsky, nám říkají, že je to skutečné. Více než jen zrnitý, červený obrázek, je to živá připomínka, že se toho děje víc, než potkává lidské oči.
Je to také připomínka, že každý člověk, který navštíví Měsíc, musí být chráněn před tímto vysokoenergetickým zářením.
Od kosmických paprsků po gama paprsky
Vesmírný dalekohled NASA Fermi Gamma-Ray zachytil tyto snímky gama paprsků měsíce. V této části elektromagnetického spektra je Měsíc ve skutečnosti jasnější než Slunce. Je to proto, že Slunce produkuje většinu své energie v jiných částech spektra, přestože emituje některé gama paprsky, zejména během slunečních erupcí.
Většina gama paprsků v naší Sluneční soustavě pochází ze vzdálených zdrojů, jako jsou kvazary a aktivní galaktická jádra (AGN). Měsíc je nepřímým zdrojem gama záření a produkuje gama paprsky prostřednictvím své interakce s kosmickými paprsky.
Kosmické paprsky jsou typem vysokoenergetického záření, které se většinou vyrábí mimo naši sluneční soustavu. Jsou produkovány věcmi, jako jsou supernovy a aktivní galaktická jádra. Když kosmické paprsky zasáhnou hmotu, jako v tomto případě povrch Měsíce, vytvoří gama paprsky.
Dva vědci z italského Národního ústavu jaderné fyziky, Mario Nicola Mazziotta a Francesco Loparco, studovali gama záření měsíce jako prostředek k pochopení kosmického záření. Kosmické paprsky jsou rychle se pohybující částice a získávají zrychlení ze svých zdrojů, jako jsou výše uvedené supernovy a AGN.
"Kosmické paprsky jsou většinou protony urychlené některými z nejenergičtějších jevů ve vesmíru, jako jsou výbuchové vlny explodujících hvězd a proudů, které vznikají, když hmota spadne do černých děr," vysvětlil Mazziotta v tiskové zprávě NASA.
Částice, které tvoří kosmické paprsky, jsou elektricky nabity. Když udeří do magnetického pole, jako je magnetosféra Země, jsou většinou odkloněni. Měsíci ale chybí magnetické pole. Výsledkem je, že i nejslabší kosmické paprsky dopadají přímo na povrch Měsíce, což produkuje gama paprsky. Měsíc skutečně absorbuje většinu gama paprsků, které vytváří, ale některé unikají ven do vesmíru.
A Fermiho dalekohled je vidí, proměňuje Měsíc v jakýsi neúmyslný detektor částic.
Vesmírný dalekohled Fermi Gamma-Ray (FGRST) pracuje již 11 let. Mazziotta a Loparco studovali snímky Měsíce z délky mise dalekohledu a za tu dobu se pohled zlepšil.
"... Měsíc by nikdy neprošel měsíčním cyklem fází a vždy vypadal plný."
Francesco Loparco, italský národní ústav jaderné fyziky.
Síla gama paprsků měsíce není vždy konzistentní. Časem se mění. Mazziotta a Loparco shromáždili data o gama paprscích Měsíce, která přesáhly 31 milionů elektronových voltů, což je 10 milionůkrát silnější než viditelné světlo, a časem je uspořádala. Výsledkem byl následující obrázek, který ukazuje, jak se pohled v průběhu času zlepšuje.
"Při pohledu na tyto energie by Měsíc nikdy neprošel měsíčním cyklem fází a vždy vypadal plně," řekl Loparco.
Skutečnost, že Měsíc tyto gama paprsky emituje, je opatrná. Program Artemis NASA uvidí na Měsíci více astronautů na potenciálně delší časové období, než na jiných měsíčních misích. Budou muset být chráněni jak před kosmickými paprsky, které zasáhnou Měsíc, tak před měsíčními gama paprsky, které z toho vyplynou.
Složitá interakce
Souhra mezi kosmickými paprsky, gama paprsky, Měsícem a Sluncem může být složitá. Gama paprsky mohou mít různé úrovně energie. Například tyto snímky FGRST zachycují pouze paprsky gama, které přesáhly o 31 milionů elektron voltů (MeV) o určité množství. Gama paprsky však mohou být mnohem energičtější než tyto a mohou být v miliardách nebo dokonce bilionech MeV.
Protože elektrický náboj kosmických paprsků znamená, že mohou být vychýleny magnetickými poli a Slunce má silné magnetické pole, mohou na Slunce udeřit pouze ty nejsilnější. Tyto silné kosmické paprsky zasa zasáhnou hustou část sluneční atmosféry a vytvoří velmi silné paprsky gama. Slunce je tedy ve světelném gama paprsku jasnější než 1 miliarda elektronových voltů, než je Měsíc.
11letý cyklus Slunce ovlivňuje také kosmické paprsky, které dopadají na Měsíc, a gama paprsky, které jsou výsledkem. Během tohoto cyklu, slunce zažívá variace v jeho magnetickém poli. Jako výsledek, někdy více kosmických paprsků udeří na Měsíc než jindy. Tato variabilita kosmických paprsků dopadajících na lunární povrch vytváří variabilitu lunárních gama paprsků. Podle údajů Fermi se může lišit o 20%.
Gama paprsky přicházející z Měsíce a kosmické paprsky, které je způsobují, představují pro astronauty hrozbu, protože oba jsou ionizujícím zářením s velkou penetrační silou. Zabrání jim to zasáhnout astronauty. Materiály s vysokým atomovým číslem jsou účinné štíty. Olovo (atomové číslo 82) je dobrý štít, protože je také velmi hustý.
U gama paprsků s nižší energií je riziko pro astronauty způsobeno expozicí v čase. Pomyslete na rentgenového technika vs. rentgenového pacienta. Celoživotní expozice pacienta rentgenovým paprskům není příliš vysoká, takže pacient toto riziko přijímá. Pro technika jsou však věci jiné. Jsou vystaveny každý pracovní den, takže opouštějí místnost a jsou chráněny před rentgenovými paprsky materiály, jako je olovo.
Je to podobné pro astronauty. Čím více času tráví na Měsíci v prostředí gama / kosmického záření, tím více potřebují omezit svou expozici. Nejen stínění, ale také načasování.
Snaží se pochopit radiační prostředí Měsíce
Tato data Fermi Gamma-Ray Space Telescope pomáhají vědcům pochopit riziko gama / kosmického záření na Měsíci. Pokud jsou časy, kdy Měsíc vyzařuje o 20% méně záření gama díky 11letému cyklu Slunce, pak může být rozumné tuto dobu využít.
Vystavení záření je jednou z hlavních překážek cestování vesmírem a dlouhodobých vesmírných misí. Magnetosféra a atmosféra Země jsou radiační štíty. Ale i na nízké oběžné dráze astronauti riskují vystavení většímu záření.
Pokud budeme mít na Měsíci lidskou přítomnost, je nutné, abychom zde rozuměli radiačnímu prostředí. NASA se dívá do prostředí lunárního záření již v roce 2005 v očekávání lidské základny na Měsíci. Když v roce 2009 spustili Lunární průzkumný orbiter (LRO), obsahoval nástroj nazvaný Kosmický paprskový dalekohled pro účinky záření (CRaTER).
Úkolem CRateru je charakterizovat radiační prostředí Měsíce a biologický dopad, který bude mít na astronauty. Používá plasty k napodobení lidské tkáně a umístí je za různé stínící materiály. Harlan Spence, hlavní vyšetřovatel CRaTER, řekl: „Nejenže změříme záření, ale budeme také používat plasty, které napodobují lidskou tkáň, abychom se podívali na to, jak tyto vysoce energetické částice pronikají a interagují s lidským tělem.“
Fermiho snímky gama paprsků Měsíce jsou další součástí radiační skládačky. A to je hádanka, která musí být vyřešena dříve, než bude existovat realistická naděje na dlouhodobou měsíční základnu nebo misi s posádkou na Mars.
Více:
- Tisková zpráva: Měsíc září jasněji než slunce v obrazech z Fermi NASA
- NASA: Fermi Gamma-Ray Space Telescope
- NASA: Prohlídka elektromagnetického spektra: paprsky gama
- Tisková zpráva: Fermi Space Telescope NASA zaostřuje svou vysoce energetickou vizi
- Tisková zpráva: Porozumění magnetickému slunci
- NASA: Radioaktivní Měsíc
