Дори и междупланетните полети да бяха реалност, учените все повече твърдят, че все повече опасности дебнат човешкото тяло от чисто биологична гледна точка. Експертите наричат една от основните опасности твърдо пространстворадиация. На други планети, например на Марс, тази радиация ще бъде такава, че значително ще ускори появата на болестта на Алцхаймер.
„Космическата радиация представлява много сериозна заплаха за бъдещите астронавти. Възможността излагането на космическа радиация да доведе до здравословни проблеми като рак е призната отдавна“, казва Кери О'Баниън, лекар по неврология от Медицински центърв университета в Рочестър. „Нашите експерименти също така надеждно установиха, че силната радиация също провокира ускоряване на промените в мозъка, свързани с болестта на Алцхаймер.
Според учените цялото космическо пространство е буквално пронизано от радиация, а плътната земна атмосфера предпазва нашата планета от нея. Участниците в краткосрочни полети до МКС вече могат да усетят въздействието на радиацията, въпреки че формално те са в ниска орбита, където защитният купол земното притегляневсе още работя. Радиацията е особено активна в онези моменти, когато на Слънцето се появяват изригвания с последващи емисии на радиационни частици.
Учените казват, че НАСА вече работи в тясно сътрудничество различни подходисвързани със защитата на човека от космическата радиация. Космическата агенция за първи път започна да финансира „радиационни изследвания“ преди 25 години. В момента значителна част от инициативите в тази област са свързани с изследвания как да бъдат предпазени бъдещите марсонавти от тежката радиация на Червената планета, където няма такъв атмосферен купол като на Земята.
Експертите вече говорят много голяма вероятностче марсианската радиация провокира рак. В близост до астероидите има още по-големи количества радиация. Напомняме, че НАСА планира мисия до астероид с човешко участие за 2021 г., а до Марс не по-късно от 2035 г. Едно пътуване до Марс и обратно, с известно време, прекарано там, може да отнеме около три години.
Според НАСА това вече е доказано космическа радиацияОсвен рак, той провокира и заболявания на сърдечно-съдовата, опорно-двигателния апарат и ендокринната система. Сега експерти от Рочестър са идентифицирали друг вектор на опасност: изследванията са установили, че високите дози космическа радиация провокират заболявания, свързани с невродегенерация, по-специално те активират процеси, които допринасят за развитието на болестта на Алцхаймер. Експертите също така изследваха как космическата радиация влияе на централната нервна система на човека.
Въз основа на експерименти експертите са установили, че радиоактивните частици в космоса имат в структурата си ядра от железни атоми, които имат феноменална проникваща способност. Ето защо е изненадващо трудно да се защитим срещу тях.
На Земята изследователи извършиха симулации на космическа радиация в американската национална лаборатория Brookhaven на Лонг Айлънд, където се намира специален ускорител на частици. Чрез експерименти изследователите определиха времевата рамка, през която заболяването възниква и прогресира. Досега обаче изследователите са провеждали експерименти върху лабораторни мишки, излагайки ги на дози радиация, сравними с тези, които хората биха получили по време на полет до Марс. След експериментите почти всички мишки са претърпели нарушения във функционирането на когнитивната система на мозъка. Отбелязани са и нарушения във функционирането на сърдечно-съдовата система. В мозъка са установени огнища на натрупване на бета-амилоид, протеин, който е сигурен признак за предстояща болест на Алцхаймер.
Учените казват, че все още не знаят как да се борят с космическата радиация, но са уверени, че радиацията е фактор, който заслужава най-сериозно внимание при планирането на бъдещи космически полети.
Тамбовска областна държава образователна институция
Общообразователно училище– интернат с начална летателна подготовка
на името на М. М. Раскова
Есе
"Космическа радиация"
Изпълнил: ученик от 103 взвод
Краснослободцев Алексей
Ръководител: Пеливан В.С.
Тамбов 2008г
1. Въведение.
2. Какво е космическа радиация.
3. Как възниква космическата радиация.
4. Въздействие на космическата радиация върху човека и околната среда.
5. Средства за защита от космическа радиация.
6. Образуване на Вселената.
7. Заключение.
8. Библиография.
1. ВЪВЕДЕНИЕ
Човек няма да остане вечно на земята,
но в преследване на светлина и пространство,
отначало плахо ще проникне отвъд
атмосфера и след това завладейте всичко
окологлобалното пространство.
К. Циолковски
21 век е векът на нанотехнологиите и гигантските скорости. Животът ни тече непрестанно и неизбежно и всеки от нас се стреми да бъде в крак с времето. Проблеми, проблеми, търсене на решения, огромен поток от информация от всички страни... Как да се справим с всичко това, как да намерим своето място в живота?
Нека се опитаме да спрем и да помислим...
Психолозите казват, че човек може да гледа безкрайно три неща: огън, вода и звездно небе. Наистина, небето винаги е привличало човека. Изумително красиво е по изгрев и залез, изглежда безкрайно синьо и дълбоко през деня. И, гледайки безтегловните облаци, които летят, наблюдавайки полета на птиците, искате да се откъснете от ежедневната суматоха, да се издигнете в небето и да почувствате свободата на полета. И звездното небе тъмна нощ... колко мистериозно и необяснимо красиво е! И как искам да повдигна булото на мистерията. В такива моменти се чувстваш като малка частица от едно огромно, плашещо и същевременно неустоимо примамващо пространство, което се нарича Вселена.
Какво е Вселената? Как се появи? Какво крие в себе си, какво ни е подготвил: „универсален разум” и отговори на много въпроси или смъртта на човечеството?
Въпросите възникват в безкраен поток.
Космос... За обикновен човек изглежда недостижим. Но въпреки това въздействието му върху човек е постоянно. Като цяло космическото пространство осигури условията на Земята, които доведоха до появата на живота, както сме свикнали, а оттам и до появата на самия човек. Влиянието на космоса се усеща до голяма степен и днес. „Частиците от Вселената“ достигат до нас защитен слойатмосфера и оказват влияние върху благосъстоянието на човека, неговото здраве и процесите, протичащи в тялото му. Това е за нас, живеещите на земята, но какво да кажем за тези, които изследват космоса.
Заинтересувах се от този въпрос: какво е космическа радиация и какво е нейното въздействие върху хората?
Уча в пансион с начална летателна подготовка. При нас идват момчета, които мечтаят да завладеят небето. И те вече са направили първата крачка към осъществяването на мечтата си, напускайки стените на дома си и решавайки да дойдат в това училище, където изучават основите на полета, дизайна на самолети, където имат възможност всеки ден да общуват с хора, които многократно са се издигали в небето. И дори това засега да са само самолети, които не могат напълно да преодолеят гравитацията. Но това е само първата стъпка. Съдбата и житейски пътвсеки човек започва с малка, плаха, несигурна стъпка на дете. Кой знае, може би някой от тях ще направи втората крачка, третата... и ще овладее космоса самолетии ще се издигне до звездите в безбрежните простори на Вселената.
Следователно този въпрос е доста актуален и интересен за нас.
2. КАКВО Е КОСМИЧЕСКА РАДИАЦИЯ?
Съществуването на космическите лъчи е открито в началото на ХХ век. През 1912 г. австралийският физик У. Хес, изкачвайки се на балон с горещ въздух, забеляза, че разреждането на електроскопа на голяма надморска височина става много по-бързо, отколкото на морското равнище. Стана ясно, че йонизацията на въздуха, която премахва разряда от електроскопа, е с извънземен произход. Миликан е първият, който прави това предположение и именно той дава на това явление съвременното му име - космическа радиация.
Вече е установено, че първичното космическо лъчение се състои от стабилни високоенергийни частици, летящи в най- различни посоки. Интензивност на космическата радиация в района слънчева системасредно 2-4 частици на 1 cm 2 за 1 s. Състои се от:
- протони – 91%
- α-частици – 6,6%
- ядра на други по-тежки елементи – под 1%
- електрони – 1,5%
- Рентгенови и гама лъчи от космически произход
- слънчева радиация.
Първичните космически частици, летящи от космоса, взаимодействат с ядрата на атомите в горните слоеве на атмосферата и образуват така наречените вторични космически лъчи. Интензитетът на космическите лъчи в близост до магнитните полюси на Земята е приблизително 1,5 пъти по-голям, отколкото при екватора.
Средната енергия на космическите частици е около 10 4 MeV, а енергията на отделните частици е 10 12 MeV и повече.
3. КАК ВЪЗНИКВА КОСМИЧЕСКАТА РАДИАЦИЯ?
от модерни идеиОсновният източник на високоенергийна космическа радиация са експлозиите на свръхнови. Данните от орбиталния рентгенов телескоп на НАСА предоставят нови доказателства, че голяма част от космическата радиация, която постоянно бомбардира Земята, идва от ударна вълна, разпространяваща се от експлозия на свръхнова, която е регистрирана през 1572 г. Въз основа на наблюдения от рентгеновата обсерватория Чандра, останките от свръхновата продължават да се ускоряват със скорости над 10 милиона км/ч, произвеждайки две ударни вълни, придружени от масивно изпускане рентгеново лъчение. Освен това една вълна
се движи навън в междузвездния газ, а вторият
навътре, към центъра бивша звезда. Можете също
твърдят, че значителна част от енергията
"вътрешен" ударна вълнаотива за ускоряване на атомните ядра до скорости, близки до светлинните.
Частиците с висока енергия идват при нас от други галактики. Те могат да постигнат такива енергии чрез ускоряване в нехомогенните магнитни полета на Вселената.
Естествено, източник на космическа радиация е и най-близката до нас звезда – Слънцето. Слънцето периодично (по време на изригвания) излъчва слънчеви космически лъчи, които се състоят главно от протони и α-частици с ниска енергия.
4. ВЪЗДЕЙСТВИЕ НА КОСМИЧЕСКАТА РАДИАЦИЯ ВЪРХУ ЧОВЕКА
И ОКОЛНАТА СРЕДА
Резултатите от проучване, проведено от изследователи от университета София Антиполис в Ница, показват, че космическата радиация е изиграла критична роля за появата на биологичния живот на Земята. Отдавна е известно, че аминокиселините могат да съществуват в две форми – лява и дясна. Въпреки това, на Земята, в основата на всички биологични организми, еволюирали естествено, се откриват само леви аминокиселини. Според служителите на университета причината трябва да се търси в космоса. Така нареченото кръгово поляризирано космическо лъчение разрушава десните аминокиселини. Кръгово поляризираната светлина е форма на радиация, поляризирана от космическите електромагнитни полета. Това лъчение се получава, когато частици от междузвезден прах се подреждат по линиите на магнитното поле, които проникват в цялото околно пространство. Кръгово поляризираната светлина представлява 17% от цялата космическа радиация навсякъде в космоса. В зависимост от посоката на поляризацията такава светлина селективно разгражда един от видовете аминокиселини, което се потвърждава от експеримента и резултатите от изследване на два метеорита.
Космическата радиация е един от източниците на йонизиращо лъчение на Земята.
Естествено фонова радиацияпоради космическата радиация на морското равнище е 0,32 mSv на година (3,4 µR на час). Космическата радиация представлява само 1/6 от годишната ефективна еквивалентна доза, получавана от населението. Нивата на радиация варират в различните области. По този начин северният и южният полюс са по-податливи на космически лъчи, отколкото екваториалната зона, поради наличието на магнитно поле близо до Земята, което отклонява заредените частици. Освен това, колкото по-високо сте от земната повърхност, толкова по-интензивно е космическото излъчване. По този начин, живеейки в планински райони и постоянно използвайки въздушен транспорт, ние сме изложени на допълнителен риск от излагане. Хората, живеещи над 2000 м надморска височина, получават ефективна еквивалентна доза от космически лъчи няколко пъти по-голяма от тези, живеещи на морското равнище. При изкачване от височина 4000 м ( максимална височинапребиваване на хора) до 12 000 m (максималната височина на полета на пътническия транспорт), нивото на експозиция се увеличава 25 пъти. А по време на 7,5-часов полет на конвенционален турбовитлов самолет получената доза радиация е приблизително 50 μSv. Общо чрез използването на въздушен транспорт населението на Земята получава радиационна доза от около 10 000 man-Sv годишно, което е средно на глава от населението в света около 1 μSv годишно, а в Северна Америка приблизително 10 μSv.
Йонизиращото лъчение влияе негативно на човешкото здраве, нарушава жизнените функции на живите организми:
· имайки голяма проникваща способност, разрушава най-интензивно делящите се клетки на тялото: костен мозък, храносмилателен тракт и др.
· предизвиква изменения на генно ниво, което впоследствие води до мутации и възникване на наследствени заболявания.
предизвиква интензивно делене на злокачествените туморни клетки, което води до появата ракови заболявания.
· води до промени в нервната система и сърдечната дейност.
· сексуалната функция е инхибирана.
· Предизвиква зрително увреждане.
Радиацията от космоса дори засяга зрението на пилотите на авиокомпаниите. Изследвани са зрителните състояния на 445 мъже на възраст около 50 години, от които 79 са били пилоти на авиолинии. Статистиката показва, че при професионалните пилоти рискът от развитие на катаракта на ядрото на лещата е три пъти по-висок, отколкото при представителите на други професии и още повече при космонавтите.
Космическата радиация е една от неблагоприятни факториза тялото на космонавтите, чието значение непрекъснато нараства с увеличаване на обхвата и продължителността на полетите. Когато човек се окаже извън земната атмосфера, където бомбардирането от галактически лъчи, както и от слънчеви космически лъчи, е много по-силно: около 5 хиляди йона могат да преминат през тялото му за секунда, способни да разрушат химичните връзки в тялото и причинявайки каскада от вторични частици. Опасността от излагане на йонизиращо лъчение в ниски дози се дължи на повишен риск от рак и наследствени заболявания. Най-голямата опасност от междугалактическите лъчи идва от тежките заредени частици.
Въз основа на биомедицински изследвания и изчислените нива на радиация в космоса са определени максимално допустимите дози радиация за астронавтите. Те са 980 rem за краката, глезените и ръцете, 700 rem за кожата, 200 rem за кръвотворните органи и 200 rem за очите. Резултатите от експеримента показаха, че в условията на безтегловност влиянието на радиацията се увеличава. Ако тези данни се потвърдят, тогава опасността от космическата радиация за хората вероятно ще бъде по-голяма, отколкото се смяташе първоначално.
Космическите лъчи могат да повлияят на времето и климата на Земята. Британски метеоролози доказаха, че в периодите на най-голяма активност на космическите лъчи се наблюдава облачно време. Въпросът е, че когато космически частицинахлуват в атмосферата, те генерират широки "душове" от заредени и неутрални частици, които могат да провокират растеж на капчици в облаците и увеличаване на облачността.
Според изследване на Института по слънчево-земна физика в момента се наблюдава аномален скок слънчева активност, чиито причини са неизвестни. Слънчевото изригване е освобождаване на енергия, сравнимо с експлозията на няколко хиляди водородни бомби. По време на особено силни огнища електромагнитно излъчванеКогато достигне Земята, той променя магнитното поле на планетата - сякаш я разклаща, което се отразява на благосъстоянието на чувствителните към времето хора. Те, според Световната здравна организация, съставляват 15% от световното население. Освен това при висока слънчева активност микрофлората започва да се размножава по-интензивно и податливостта на човек към много инфекциозни заболявания се увеличава. Така епидемиите от грип започват 2,3 години преди максималната слънчева активност или 2,3 години след това.
Така виждаме, че дори малка част от космическата радиация, която достига до нас през атмосферата, може да има забележим ефект върху човешкото тяло и здраве, върху процесите, протичащи в атмосферата. Една от хипотезите за произхода на живота на Земята предполага, че космическите частици играят значителна роля в биологичните и химичните процеси на нашата планета.
5. СРЕДСТВА ЗА ЗАЩИТА ОТ КОСМИЧЕСКА РАДИАЦИЯ
Проблеми с проникването
човек в космоса - един вид изпитание
камъкът на зрелостта на нашата наука.
Академик Н. Сисакян.
Въпреки факта, че излъчването на Вселената може да е довело до възникването на живота и появата на човека, за самия човек в чистата му форма то е разрушително.
Човешкото жизнено пространство е ограничено до много малко
разстояния - това е Земята и няколко километра над нейната повърхност. И след това - "враждебно" пространство.
Но тъй като човекът не се отказва от опитите си да проникне в просторите на Вселената, а ги овладява все по-интензивно, възниква необходимостта от създаване определени средствазащита от негативното влияние на пространството. Това е от особено значение за астронавтите.
Противно на общоприетото схващане, не магнитното поле на Земята ни предпазва от атаката на космическите лъчи, а дебел слой атмосфера, където има килограм въздух за всеки cm 2 повърхност. Следователно, когато лети в атмосферата, космическият протон средно преодолява само 1/14 от височината си. Астронавтите са лишени от такава защитна обвивка.
Както показват изчисленията, невъзможно е да се намали рискът от радиационно увреждане до нула по време на космически полет. Но можете да го минимизирате. И тук най-важното е пасивната защита на космическия кораб, т.е. неговите стени.
За да се намали рискът от дозови натоварвания от слънчевакосмически лъчи, дебелината им трябва да бъде поне 3-4 см. За леките сплави пластмасите могат да бъдат алтернатива на металите. Например полиетиленът, същият материал, от който се правят обикновените пазарски чанти, блокира 20% повече космически лъчи от алуминия. Подсиленият полиетилен е 10 пъти по-здрав от алуминия и в същото време по-лек от "крилатия метал".
СЪС защита от галактически космически лъчи, притежаващи гигантски енергии, всичко е много по-сложно. Предлагат се няколко начина за защита на астронавтите от тях. Можете да създадете слой от защитно вещество около корабаподобно на земната атмосфера. Например, ако използвате вода, която във всеки случай е необходима, ще ви трябва слой с дебелина 5 м. В този случай масата на водния резервоар ще достигне 500 тона, което е много. Можете също да използвате етилен - твърдо, което не изисква резервоари. Но дори тогава необходимата маса ще бъде най-малко 400 тона Течен водород може да се използва. Той блокира космическите лъчи 2,5 пъти по-добре от алуминия. Вярно е, че контейнерите за гориво биха били обемисти и тежки.
Беше предложено друга схема за защита на хора в орбита, което може да се нарече магнитна верига. Върху заредена частица, движеща се през магнитно поле, действа сила, насочена перпендикулярно на посоката на движение (сила на Лоренц). В зависимост от конфигурацията на линиите на полето, частицата може да се отклони в почти всяка посока или да влезе в кръгова орбита, където ще се върти неограничено дълго. За да се създаде такова поле, ще са необходими магнити, базирани на свръхпроводимост. Такава система ще има маса от 9 тона, тя е много по-лека от защитата на веществото, но все пак тежка.
Привържениците на друга идея предлагат космическият кораб да се зарежда с електричество, ако напрежението на външната обшивка е 2 10 9 V, тогава корабът ще може да отразява всички протони на космическите лъчи с енергия до 2 GeV. Но електрическото поле ще се простира на разстояние от десетки хиляди километри и космическият кораб ще привлече електрони от този огромен обем. Те ще се блъснат в черупката с енергия от 2 GeV и ще се държат по същия начин като космическите лъчи.
„Облеклото“ за космически разходки на космонавтите извън космическия кораб трябва да бъде цяла спасителна система:
· трябва да създаде необходимата атмосфера за дишане и поддържане на налягането;
· трябва да осигури отвеждането на топлината, генерирана от човешкото тяло;
· трябва да предпазва от прегряване, ако човек е на слънчева страна, и от охлаждане, ако е на сянка; разликата между тях е повече от 100 0 C;
· предпазват от заслепяване от слънчева радиация;
· предпазват от метеорни вещества;
· трябва да позволява свободно движение.
Разработката на космическия костюм започва през 1959 г. Има няколко модификации на скафандрите; те непрекъснато се променят и подобряват, главно чрез използването на нови, по-модерни материали.
Космическият костюм е сложно и скъпо устройство и това е лесно да се разбере, ако се запознаете с изискванията, представени например към космическия костюм на космонавтите Аполо. Този скафандър трябва да защитава астронавта от следните фактори:
Конструкция на полутвърд скафандър (за космоса)
Първият скафандър за космически разходки, който използва А. Леонов, беше твърд, неподатлив, тежеше около 100 кг, но съвременниците го смятаха за истинско чудо на техниката и „машина, по-сложна от кола“.
Следователно всички предложения за защита на астронавтите от космическите лъчи не са надеждни.
6. ОБРАЗОВАНИЕ НА ВСЕЛЕНАТА
Честно казано, ние не само искаме да знаем
как е структурирана, но и по възможност да постигне целта
утопично и дръзко на външен вид - разберете защо
природата е точно такава. Това е
Прометеев елемент на научното творчество.
А. Айнщайн.
И така, космическата радиация идва при нас от безграничните простори на Вселената. Как се е образувала самата Вселена?
Айнщайн е този, който излезе с теоремата, въз основа на която бяха изложени хипотезите за възникването му. Има няколко хипотези за образуването на Вселената. В съвременната космология двете най-популярни са теорията за Големия взрив и теорията за инфлацията.
Съвременните модели на Вселената се основават на общата теория на относителността на А. Айнщайн. Уравнението на гравитацията на Айнщайн има не едно, а много решения, което обяснява съществуването на много космологични модели.
Първият модел е разработен от А. Айнщайн през 1917 г. Той отхвърля постулатите на Нютон за абсолютността и безкрайността на пространството и времето. В съответствие с този модел световното пространство е хомогенно и изотропно, материята в него е разпределена равномерно, гравитационното привличане на маси се компенсира от универсално космологично отблъскване. Съществуването на Вселената е безкрайно, а пространството е безгранично, но ограничено. Вселената в космологичен моделАйнщайн е неподвижен, безкраен във времето и безграничен в пространството.
През 1922 г. руският математик и геофизик А.А. Фридман отхвърли постулата за стационарност и получи решение на уравнението на Айнщайн, което описва Вселената с "разширяващо се" пространство. През 1927 г. белгийският абат и учен J. Lemaitre, въз основа на астрономически наблюдения, въвежда понятието началото на Вселената като свръхплътно състояниеи раждането на Вселената като Големия взрив. През 1929 г. американският астроном Е. П. Хъбъл открива, че всички галактики се отдалечават от нас и със скорост, която нараства пропорционално на разстоянието – системата от галактики се разширява. Разширяването на Вселената се счита за научно установен факт. Според изчисленията на J. Lemaitre, радиусът на Вселената в първоначалното й състояние е бил 10 -12 cm, което
близък по размер до радиуса на електрона, и му
плътността е 10 96 g/cm 3 . от
първоначално състояние, в резултат на това Вселената премина към разширяване голям взрив . Ученикът на А. А. Фридман Г. А. Гъмов предложи това температурата на веществото след експлозията беше висока и падаше с разширяването на Вселената. Неговите изчисления показаха, че Вселената в своята еволюция преминава през определени етапи, по време на които възниква формирането на химически елементии структури.
Адронна ера(тежки частици, които влизат в силни взаимодействия). Продължителността на ерата е 0,0001 s, температурата е 10 12 градуса по Келвин, плътността е 10 14 g / cm 3. В края на ерата настъпва анихилация на частици и античастици, но остава определен брой протони, хиперони и мезони.
Ерата на лептоните(светлинни частици, влизащи в електромагнитно взаимодействие). Продължителността на ерата е 10 s, температурата е 10 10 градуса по Келвин, плътността е 10 4 g / cm 3. Основна роля играят леките частици, които участват в реакциите между протони и неутрони.
Фотонна ера.Продължителност 1 милион години. По-голямата част от масата - енергията на Вселената - идва от фотони. До края на ерата температурата пада от 10 10 до 3000 градуса по Келвин, плътността - от 10 4 g / cm 3 до 1021 g / cm 3. Основна роля играе радиацията, която в края на ерата се отделя от материята.
Звездна ерасе случва 1 милион години след раждането на Вселената. През звездната ера започва процесът на образуване на протозвезди и протогалактики.
Тогава се разкрива грандиозна картина на формирането на структурата на Метагалактиката.
Друга хипотеза е инфлационният модел на Вселената, който разглежда създаването на Вселената. Идеята за създаване е свързана с квантова космология. Този модел описва еволюцията на Вселената, започвайки от момента 10 -45 s след началото на разширяването.
Според тази хипотеза космическата еволюция в ранната Вселена преминава през няколко етапа. Началото на Вселенатасе определя от теоретичните физици като състояние на квантова супергравитация с радиус на Вселената 10 -50 cm(за сравнение: размерът на атома се определя като 10 -8 cm, а размерът атомно ядро 10-13 см). Основните събития в ранната Вселена са се случили в пренебрежимо малък период от време от 10-45 s до 10 -30 s.
Етап на инфлация. В резултат на квантов скок Вселената премина в състояние на възбуден вакуум ипри липса на материя и радиация интензивно разширени по експоненциален закон. През този период е създадено пространството и времето на самата Вселена. По време на периода на инфлационен стадий с продължителност 10 -34 s, Вселената се е раздула от невъобразимо малки квантови размери (10 -33) до невъобразимо големи (10 1000 000) cm, което е с много порядъци по-голямо от размера на наблюдаваната Вселена - 10 28 см. През целия този първоначален период във Вселената не е имало нито материя, нито радиация.
Преход от етап на инфлация към етап на фотон.Състоянието на фалшив вакуум се разпада, освободената енергия отива за раждането на тежки частици и античастици, които след унищожаване дават мощна светкавица на радиация (светлина), която осветява пространството.
Етап на отделяне на материята от радиацията: веществото, останало след анихилация, стана прозрачно за радиация, контактът между веществото и радиацията изчезна. Излъчването, отделено от материята, представлява модерно реликтов фоне остатъчно явление от първоначалното излъчване, възникнало след експлозията в началото на формирането на Вселената. IN по-нататъчно развитиеВселената се движеше в посока от най-простото хомогенно състояние към създаването на все повече и повече сложни структури– атоми (първоначално водородни атоми), галактики, звезди, планети, синтез на тежки елементи в недрата на звездите, включително тези, необходими за създаването на живот, възникването на живот и, като венец на сътворението, човека.
Разликата между етапите на еволюцията на Вселената в инфлационния модел и модела на Големия взривТова се отнася само за началния етап от около 10–30 s, тогава няма фундаментални разлики между тези модели. Различия в обяснението на механизмите на космическата еволюция свързани с идеологически нагласи .
Първият беше проблемът за началото и края на съществуването на Вселената, чието признаване противоречи на материалистичните твърдения за вечността, несътвореността и неунищожимостта и пр. на времето и пространството.
През 1965 г. американските физици теоретични Пенроуз и С. Хокинг доказаха теорема, според която във всеки модел на Вселената с разширяване трябва задължително да има сингулярност - прекъсване на времевите линии в миналото, което може да се разбира като начало на времето . Същото важи и за ситуацията, когато разширяването е заменено от компресия - тогава ще има прекъсване във времевите линии в бъдещето - края на времето. Освен това точката, в която започва компресията, се тълкува като края на времето - Големият дренаж, в който се вливат не само галактиките, но и „събитията“ от цялото минало на Вселената.
Вторият проблем е свързан със създаването на света от нищото.А. А. Фридман математически извежда момента на началото на разширяването на пространството с нулев обем и в популярната си книга „Светът като пространство и време“, публикувана през 1923 г., той говори за възможността за „създаване на света от нищото. ” Опит за решаване на проблема за възникването на всичко от нищо е направен през 80-те години от американския физик А. Гут и съветски физикА. Линде. Енергията на Вселената, която се запазва, беше разделена на гравитационна и негравитационна част, като различни знаци. И тогава общата енергия на Вселената ще бъде равна на нула.
Най-голямата трудност за учените възниква при обяснението на причините за космическата еволюция. Има две основни концепции, които обясняват еволюцията на Вселената: концепцията за самоорганизация и концепцията за креационизма.
За концепцията за самоорганизация материалната Вселена е единствената реалност и не съществува друга реалност освен нея. В този случай еволюцията се описва по следния начин: има спонтанно подреждане на системите в посока на формирането на все по-сложни структури. Динамичният хаос създава ред. Няма цел на космическата еволюция.
В рамките на концепцията за креационизма, тоест сътворението, еволюцията на Вселената се свързва с изпълнението на програма, определена от реалността повече висок редотколкото материалния свят. Привържениците на креационизма обръщат внимание на съществуването на насочено развитие от прости системи към по-сложни и информационно интензивни, по време на което са създадени условията за възникване на живота и хората. Съществуването на Вселената, в която живеем, зависи от числените стойности на фундаменталните физически константи - Константа на Планк, постоянна гравитация и др. Числени стойностиТези константи определят основните характеристики на Вселената, размерите на атомите, планетите, звездите, плътността на материята и продължителността на живота на Вселената. От това се заключава, че физическа структураВселената е програмирана и насочена към появата на живот. Крайна целкосмическа еволюция - появата на човека във Вселената в съответствие с плановете на Създателя.
Друг неразрешен проблем е бъдещата съдба на Вселената. Ще продължи ли да се разширява за неопределено време или този процес ще се обърне след известно време и ще започне етапът на компресия? Изборът между тези сценарии може да бъде направен, ако има данни за общата маса на материята във Вселената (или нейната средна плътност), които все още не са достатъчни.
Ако плътността на енергията във Вселената е ниска, тогава тя ще се разширява завинаги и постепенно ще се охлажда. Ако енергийната плътност е по-голяма от определена критична стойност, тогава етапът на разширяване ще бъде заменен от етапа на компресия. Вселената ще се свие по размер и ще се нагрее.
Инфлационен моделпрогнозира, че енергийната плътност трябва да бъде критична. Въпреки това, астрофизичните наблюдения, проведени преди 1998 г., показват, че енергийната плътност е приблизително 30% от критичната стойност. Но откритията от последните десетилетия направиха възможно „намирането“ на липсващата енергия. Доказано е, че вакуумът има положителна енергия (т.нар тъмна енергия), и е равномерно разпределен в пространството (което още веднъж доказва, че във вакуума няма „невидими“ частици).
Днес има много повече възможности за отговор на въпроса за бъдещето на Вселената и те значително зависят от това коя теория, обясняваща скритата енергия, е вярна. Но можем да кажем недвусмислено, че нашите потомци ще видят Светътнапълно различни от теб и мен.
Има много основателни подозрения, че освен обектите, които виждаме във Вселената, има и такива голямо количествоскрит, но също има маса, като тази „тъмна маса” може да бъде 10 или повече пъти по-голяма от видимата.
Накратко характеристиките на Вселената могат да бъдат представени в този вид.
Кратка биографияВселена
Възраст: 13,7 милиарда години
Размер на видимата част от Вселената:
13,7 милиарда светлинни години, приблизително 10 28 cm
Средна плътност на материята: 10 -29 g/cm3
Тегло: повече от 10 50 тона
Тегло при раждане:
според теорията за Големия взрив – безкраен
според теорията на инфлацията - по-малко от милиграм
Температура на Вселената:
в момента на взрива – 10 27 K
модерен – 2,7 К
|
|
7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Събирайки информация за космическата радиация и нейното въздействие върху околната среда, се убедих, че всичко в света е взаимосвързано, всичко тече и се променя и ние постоянно усещаме ехото от далечното минало, започвайки от формирането на Вселената.
Частиците, достигнали до нас от други галактики, носят със себе си информация за далечни светове. Тези „космически извънземни“ са способни да окажат значително влияние върху природата и биологичните процеси на нашата планета.
Всичко е различно в космоса: земята и небето, залезите и изгревите, температурата и налягането, скоростите и разстоянията. Голяма част от това ни се струва неразбираема.
Космосът все още не е наш приятел. Тя се изправя срещу човека като чужда и враждебна сила и всеки астронавт, излизащ в орбита, трябва да е готов да се бори с нея. Това е много трудно и не винаги човек излиза победител. Но колкото по-скъпа е победата, толкова по-ценна е тя.
Влиянието на космоса е доста трудно да се оцени, от една страна, то е довело до появата на живота и в крайна сметка е създало самия човек, от друга страна, ние сме принудени да се защитаваме от него. В този случай очевидно е необходимо да се намери компромис и да се опитаме да не разрушим крехкия баланс, който съществува в момента.
Юрий Гагарин, виждайки Земята от космоса за първи път, възкликна: "Колко е малка!" Трябва да помним тези думи и да се грижим за нашата планета с всички сили. В края на краищата можем да стигнем до космоса само от Земята.
8. БИБЛИОГРАФИЯ.
1. Булдаков Л.А., Калистратова В.С. Радиоактивно излъчване и здраве, 2003 г.
2. Левитан Е.П. Астрономия. – М.: Образование, 1994.
3. Паркър Ю. Как да защитим космическите пътници // В света на науката. - 2006, № 6.
4. Пригожин И.Н. Минало и бъдеще на Вселената. – М.: Знание, 1986.
5. Хокинг С. Кратка история на времето от големия взрив до черните дупки. – Санкт Петербург: Амфора, 2001.
6. Енциклопедия за деца. Космонавтика. – М.: “Аванта+”, 2004 г.
7. http://www. рол. ru/ news/ misc/ spacenews/ 00/12/25. htm
8. http:// www. грани. ru/Общество/Наука/м. 67908.html
Руският философ Н.Ф. Федоров (1828 - 1903) е първият, който заявява, че пред хората е изправен пътят към изследването на целия космос като стратегически път за развитието на човечеството. Той обърна внимание на факта, че само такава обширна територия е в състояние да привлече към себе си цялата духовна енергия, всички сили на човечеството, които се пилеят на взаимно търкане или се пилеят за дреболии. ... Неговата идея за преориентирането на индустриалната и научен потенциалвоенно-промишленият комплекс за изследване и развитие на космоса, включително дълбокия космос, може радикално да намали военната опасност в света. За да се случи това на практика, първо трябва да се случи в главите на хората, които вземат глобални решения. ...
По пътя към изследването на космоса възникват различни трудности. Основната пречка, която уж излиза на преден план, е проблемът с радиацията, ето списък с публикации за него:
29.01.2004 г., в. “Труд”, “Облъчване в орбита”;
("И ето тъжната статистика. От летялите наши 98 космонавти осемнадесет вече не са живи, тоест всеки пети. От тях четирима загинаха при завръщането си на Земята, Гагарин в самолетна катастрофа. Четирима починаха от рак (Анатолий Левченко беше на 47 години, Владимир Васютин - на 50...).")
2. За 254 дни от полета на марсохода Curiosity до Марс радиационната доза е над 1 Sv, т.е. средно над 4 mSv/ден.
3. Когато астронавтите летят около Земята, дозата на радиация варира от 0,3 до 0,8 mSv/ден ()
4. От откриването на радиацията, нейното научно изследване и практическото масово развитие от индустрията е натрупано огромно количество, включително ефектите на радиацията върху човешкото тяло.
За да се свърже заболяването на астронавта с излагането на космическа радиация, е необходимо да се сравни честотата на астронавтите, летели в космоса, с честотата на астронавтите в контролната група, които не са били в космоса.
5. Космическата интернет енциклопедия www.astronaut.ru съдържа цялата информация за космонавти, астронавти и тайконавти, летели в космоса, както и кандидати, избрани за полети, но не летели в космоса.
Използвайки тези данни, съставих обобщена таблица за СССР/Русия с лични набези, дати на раждане и смърт, причини за смъртта и т.н.
Обобщените данни са представени в таблицата:
| В базата данни
пространство енциклопедии, Човек |
Те живеят
Човек |
Умрял
по всички причини Човек |
Умрял
от рак, Човек |
|
| Полетяхме в космоса | 116
,
от тях 28 - с полетно време до 15 дни, 45 - с полетно време от 16 до 200 дни, 43 - с полетно време от 201 до 802 дни |
87
(средна възраст - 61 години) от тях |
29
(25%) средна възраст - 61 години |
7
(6%), от тях 3 - с полетно време 1-2 дни, 3 - с време на полет 16-81 дни 1 - с 269 дни полетно време |
| Не е летял в космоса | 158 | 101
(средна възраст - 63 години) от тях |
57
(36%)
средна възраст - 59 години |
11 (7%) |
Няма съществени и очевидни разлики между групата хора, излетели в космоса и контролна групане е открит.
От 116 души в СССР/Русия, които поне веднъж са летели в космоса, 67 души са имали индивидуален космически полет над 100 дни (максимум 803 дни), 3 от тях са починали на 64, 68 и 69 години. Единият от починалите е бил с рак. Останалите са живи към ноември 2013 г., включително 20 космонавти с максимални летателни часове (от 382 до 802 дни) с дози (210 - 440 mSv) със средна дневна доза от 0,55 mSv. Това потвърждава радиационната безопасност на дългосрочните космически полети.
6. Има и много други данни за здравето на хората, които са получили повишени дози излагане на радиацияв годините на създаването на атомната индустрия в СССР. Така „в PA Маяк“: „През 1950-1952 г. мощност на дозите на външната гама (облъчване в близост до технологични устройства достига 15-180 mR/h. Годишните дози на външно облъчване за 600 наблюдавани работници в централата са 1,4-1,9 Sv/година. В някои случаи максималните годишни дози на външно облъчване достигат 7- 8 Sv/година...
От 2300 работници, претърпели хронична лъчева болест, след 40-50 години наблюдение остават живи 1200 души със средна обща доза от 2,6 Gy на средна възраст 75 години. И от 1100 смъртни случая (средна доза 3,1 Gy) имаше забележимо увеличение на дела на злокачествените тумори в структурата на причините за смъртта, но средната им възраст беше 65 години.
„Проблеми с ядреното наследство и начини за разрешаването им.“ - Под общата редакция на E.V. Евстратова, А.М. Агапова, Н.П. Лаверова, Л.А. Болшова, И.И. Линге. — 2012 г. — 356 с. - Т1. (Изтегли)
7. „... обширно изследване, включващо приблизително 100 000 оцелели от атомните бомбардировки над Хирошима и Нагасаки през 1945 г., показа, че ракът досега е единствената причина за повишена смъртност в тази група от населението.
„В същото време обаче развитието на рак под въздействието на радиация не е специфично; то може да бъде причинено и от други природни или причинени от човека фактори (тютюнопушене, замърсяване на въздуха, водата, продукти с химикали и др.) . Радиацията само увеличава риска, който съществува без нея. Например руски лекари смятат, че приносът на лошото хранене за развитието на рак е 35%, а тютюнопушенето - 31%. А приносът на радиацията, дори при сериозно облъчване, е не повече от 10%.“() 
(източник: „Ликвидатори. Радиологични последствия от Чернобил”, В. Иванов, Москва, 2010 г. (изтегляне)
8. „В съвременната медицина лъчетерапията е един от трите ключови метода за лечение на рак (другите два са химиотерапията и традиционната хирургия). В същото време, въз основа на тежестта на страничните ефекти, лъчевата терапия се понася много по-лесно. В особено тежки случаи пациентите могат да получат много висока обща доза - до 6 грей (въпреки факта, че доза от около 7-8 грей е смъртоносна!). Но дори и с такава огромна доза, когато пациентът се възстанови, той често се връща пълноценен живот здрав човек- дори деца, родени от бивши пациенти на клиники за лъчева терапия, не показват никакви признаци на вродени генетични аномалии, свързани с радиацията.
Ако внимателно обмислите и претеглите фактите, тогава такова явление като радиофобия - ирационален страхпред радиацията и всичко свързано с нея, става напълно нелогично. Наистина: хората вярват, че се е случило нещо ужасно, когато дисплеят на дозиметъра показва поне два пъти естествения фон - и в същото време те са щастливи да отидат при източници на радон, за да подобрят здравето си, където фонът може да бъде десет пъти или повече по-висок . Големите дози йонизиращо лъчение лекуват пациенти с фатални заболявания - и в същото време човек, случайно изложен на радиационното поле, ясно приписва влошаването на здравето си (ако такова влошаване изобщо се случи) на ефектите от радиацията. ("Радиация в медицината", Ю. С. Коряковски, А. А. Акатов, Москва, 2009 г.)
Статистиката за смъртността показва, че всеки трети човек в Европа умира от различни видоверакови заболявания.
Един от основните методи за лечение на злокачествени тумори е лъчетерапията, която е необходима за приблизително 70% от пациентите с рак, докато в Русия я получават само около 25% от нуждаещите се. ()
Въз основа на всички натрупани данни можем спокойно да кажем: проблемът с радиацията по време на изследването на космоса е силно преувеличен и пътят към изследването на космоса е отворен за човечеството.
P.S. Статията е публикувана в професионално списание„Атомна стратегия“, а преди това и на сайта на списанието, беше оценен от редица специалисти. Ето най-информативния коментар, получен там: " Какво е космическа радиация. Това е слънчева + галактическа радиация. Слънчевата е в пъти по-интензивна от Галактическата, особено по време на слънчева активност. Това определя основната доза. Неговият компонентен и енергиен състав са протони (90%), а останалото е по-малко значимо (електричество, гама,...). Енергията на основната фракция на протоните е от keV до 80-90 MeV. (Има и високоенергийна опашка, но това вече е част от процента.) Обхватът на протон от 80 MeV е ~7 (g/cm^2) или около 2,5 cm алуминий. Тези. в стената с дебелина 2,5-3 см на космически кораб те се абсорбират напълно. Въпреки че протоните се генерират в ядрени реакцииалуминият произвежда неутрони, но ефективността на генериране е ниска. По този начин мощността на дозата зад обшивката на кораба е доста висока (тъй като коефициентът на преобразуване на поток-доза за протони с посочените енергии е много голям). И вътре нивото е доста приемливо, макар и по-високо, отколкото на Земята. Внимателният и внимателен читател веднага ще попита саркастично - Ами в самолета? В крайна сметка мощността на дозата там е много по-висока, отколкото на Земята. Отговорът е правилен. Обяснението е просто. Високоенергийните слънчеви и галактически протони и ядра взаимодействат с атмосферните ядра (реакции на многократно производство на адрони), причинявайки адронна каскада (душ). Следователно височинното разпределение на плътността на потока от йонизиращи частици в атмосферата има максимум. Същото е и с електронно-фотонния дъжд. В атмосферата се развиват и изгасват адронни и е-g потоци. Дебелината на атмосферата е ~80-100 g/cm^2 (еквивалентно на 200 cm бетон или 50 cm желязо.) И в облицовката няма достатъчно вещество, за да образува добър душ. Оттук и очевидният парадокс - колкото по-дебела е защитата на кораба, толкова по-висока е мощността на дозата вътре. Следователно тънката защита е по-добра от дебелата. Но! Необходима е защита от 2-3 см (намалява дозата от протони с порядък). Сега за числата. На Марс дозиметърът Curiosity натрупа около 1 Sv за почти година. Причината за доста високата доза е, че дозиметърът няма споменатия по-горе тънък защитен екран. Но все пак 1 Sv много ли е или малко? Фатално ли е? Няколко мои приятели, ликвидатори, спечелиха около 100 R (разбира се в гама, а по адрони - някъде около 1 Sv). Те се чувстват по-добре от теб и мен. Не е деактивиран. Официален подход съгласно нормативните документи. - С разрешение териториални органидържавен санитарен надзор, можете да получите планираната доза от 0,2 Sv за една година. (Тоест, сравнимо с 1 Sv). А прогнозираното ниво на радиация, което изисква спешна намеса, е 1 Gy за цялото тяло (това е погълнатата доза, приблизително равна на 1 Sv в еквивалентна доза.), а за белите дробове - 6 Gy. Тези. за тези, които са получили доза на цялото тяло по-малка от 1 Sv и не е необходима интервенция. Така че, не е толкова страшно. Но е по-добре, разбира се, да не получавате такива дози. "
Комикс за това как учените ще изследват Марс в борбата срещу космическата радиация.
Той разглежда няколко начина за бъдещи изследвания за защита на астронавтите от радиация, включително лекарствена терапия, генно инженерство и технология за хибернация. Авторите също така отбелязват, че радиацията и стареенето убиват тялото по сходни начини и предполагат, че начините за борба с едното може да работят и срещу другото. Статия с бойно мото в заглавието: Viva la radioresistance! („Да живее радиационната устойчивост!“) е публикувана в списание Oncotarget.
„Ренесансът на изследването на космоса вероятно ще доведе до първите човешки мисии до Марс и дълбокия космос. Но за да оцелеят в условията на повишена космическа радиация, хората ще трябва да станат по-устойчиви на външни фактори. В тази статия ние предлагаме методология за постигане на повишена радиоустойчивост, устойчивост на стрес и устойчивост на стареене. Докато работихме по стратегията, събрахме водещи учени от Русия, както и от НАСА, Европейската космическа агенция, Канадския радиационен център и повече от 25 други центъра по света. Радиоустойчивите технологии също ще бъдат полезни на Земята, особено ако „страничният ефект“ е здравословното дълголетие“, коментира Александър Жаворонков, доцент в MIPT.
. " alt="Ще се погрижим радиацията да не попречи на човечеството да завладее космоса и да колонизира Марс. Благодарение на учените ще летим до Червената планета и ще си направим дискотека и барбекю там . " src="/sites/default/files/images_custom/2018/03/mars7.png">!}
Ще направим така, че радиацията да не попречи на човечеството да завладее космоса и да колонизира Марс. Благодарение на учените ще летим до Червената планета и там ще си направим дискотека и барбекю .
Космосът срещу човека
„ВЪВ космически мащабнашата планета е просто малък кораб, добре защитен от космическата радиация. Магнитното поле на Земята отклонява слънчевите и галактическите заредени частици, като по този начин значително намалява нивото на радиация на повърхността на планетата. По време на космически полети на дълги разстояния и колонизиране на планети с много слаби магнитни полета (например Марс) няма да има такава защита и астронавтите и колонистите ще бъдат постоянно изложени на потоци от заредени частици с огромна енергия. Всъщност космическото бъдеще на човечеството зависи от това как ще преодолеем този проблем“, казва Андреян Осипов, ръководител на отдела по експериментална радиобиология и радиационна медицина на Федералния медицински биофизичен център на името на А. И. Бурназян, професор на Руската академия на науките. служител на Лабораторията за разработване на иновативни лекарства към MIPT.
Човекът е беззащитен срещу опасностите на космоса: слънчева радиация, галактически космически лъчи, магнитни полета, радиоактивната среда на Марс, радиационен поясЗемя, микрогравитация (безтегловност).
Човечеството сериозно се е насочило към колонизирането на Марс - SpaceX обещава да достави хора на Червената планета още през 2024 г., но някои съществени проблеми все още не са решени. Така една от основните опасности за здравето на астронавтите е космическата радиация. Йонизиращото лъчение уврежда биологичните молекули, по-специално ДНК, което води до различни нарушения: нервна система, сърдечно-съдовата система и най-вече рак. Учените предлагат да обединят усилията си и да използват най-новите постижениябиотехнологии, увеличават човешката радиоустойчивост, така че той да може да завладее необятността на дълбокия космос и да колонизира други планети.
Човешка защита
Тялото има начини да се защити от увреждане на ДНК и да го поправи. Нашата ДНК е постоянно изложена на естествена радиация, както и активни формикислород (ROS), които се образуват при нормално клетъчно дишане. Но когато ДНК се поправи, особено в случаи на тежко увреждане, могат да възникнат грешки. Натрупването на увреждане на ДНК се счита за една от основните причини за стареенето, така че радиацията и стареенето са подобни врагове на човечеството. Клетките обаче могат да се адаптират към радиацията. Доказано е, че малка доза радиация може не само да не навреди, но и да подготви клетките да се изправят срещу по-високи дози. Понастоящем международните стандарти за радиационна защита не вземат това предвид. Последните изследвания показват, че има определен праг на радиация, под който важи принципът „трудно в тренировките, лесно в битка“. Авторите на статията смятат, че е необходимо да се проучат механизмите на радиоадаптивността, за да се приемат на въоръжение.
Методи за повишаване на радиорезистентността: 1) генна терапия, мултиплексно генно инженерство, експериментална еволюция; 2) биобанкиране, регенеративни технологии, тъканно и органно инженерство, индуцирано клетъчно обновяване, клетъчна терапия; 3) радиопротектори, геропротектори, антиоксиданти; 4) хибернация; 5) деутериран органични компоненти; 6) медицински подбор на радиорезистентни хора.
Ръководителят на лабораторията по генетика на продължителността на живота и стареенето в MIPT, член-кореспондент на Руската академия на науките, доктор на биологичните науки Алексей Москалев обяснява: „Нашите дългосрочни изследвания върху ефектите на малки дози йонизиращо лъчениевърху продължителността на живота на моделни животни показа, че малки увреждащи ефекти могат да стимулират собствените си защитни системиклетките и тялото (възстановяване на ДНК, протеини на топлинен шок, отстраняване на нежизнеспособни клетки, вроден имунитет). В космоса обаче хората ще се сблъскат с по-голям и по-опасен диапазон от дози радиация. Натрупахме голяма база данни от геропротектори. Получените знания показват, че много от тях функционират според механизма на активиране резервни възможности, повишаване устойчивостта на стрес. Вероятно подобно стимулиране ще помогне на бъдещите колонизатори на космоса.
Астронавтско инженерство
Освен това радиоустойчивостта е различна при хората: някои са по-устойчиви на радиация, други по-малко. Медицинският подбор на радиорезистентни индивиди включва вземане на клетъчни проби от потенциални кандидати и цялостен анализ на радиоадаптивността на тези клетки. Тези, които са най-устойчиви на радиация, ще летят в космоса. Освен това е възможно да се проведат проучвания за целия геном на хора, живеещи в райони с високи нива на фонова радиацияили тези, които се сблъскват с него по професия. Геномните различия при хора, които са по-малко податливи на рак и други заболявания, свързани с радиацията, могат в бъдеще да бъдат изолирани и „внушени“ на астронавтите с помощта на съвременни методи генното инженерство, като редактиране на генома.
Има няколко варианта кои гени трябва да бъдат въведени, за да се увеличи радиорезистентността. Първо, антиоксидантните гени ще помогнат за защитата на клетките от реактивни кислородни видове, произведени от радиация. Няколко експериментални групи вече успешно се опитаха да намалят чувствителността към радиация, използвайки такива трансгени. Този метод обаче няма да ви спаси от пряко излагане на радиация, а само от непряко облъчване.
Можете да въведете гени за протеини, отговорни за възстановяването на ДНК. Такива експерименти вече са провеждани - някои гени наистина помогнаха, а някои доведоха до повишена геномна нестабилност, така че тази област очаква нови изследвания.
По-обещаващ метод е използването на радиозащитни трансгени. Много организми (като тардигради) имат висока степенрадиорезистентност и ако разберем какви гени и молекулярни механизми стоят зад това, те могат да бъдат транслирани в хора с помощта на генна терапия. За да убиете 50% от тардиградите, ви е необходима доза радиация 1000 пъти по-голяма от смъртоносната за хората. Наскоро беше открит протеин, за който се смята, че е един от факторите за такава издръжливост - така нареченият потискащ щетите Dsup. При експеримент с човешка клетъчна линия се оказа, че въвеждането на гена Dsup намалява увреждането с 40%. Това прави гена обещаващ кандидат за защита на хората от радиация.
Комплект за първа помощ на боец
Лекарствата, които повишават радиационната защита на организма, се наричат "радиопротектори". Към днешна дата има само един радиопротектор, одобрен от FDA. Но основните сигнални пътища в клетките, които участват в процесите на сенилни патологии, също участват в отговорите на радиацията. Въз основа на това геропротекторите - лекарства, които намаляват скоростта на стареене и удължават продължителността на живота - могат да служат и като радиопротектори. Според базите данни Geroprotectors.org и DrugAge има повече от 400 потенциални геропротектора. Авторите смятат, че ще бъде полезно да се прегледат съществуващите лекарства за геро- и радиозащитни свойства.
Тъй като йонизиращото лъчение също действа чрез реактивни кислородни видове, редокс абсорберите или, по-просто казано, антиоксиданти като глутатион, NAD и неговия прекурсор NMN, могат да помогнат за справяне с радиацията. Последните май играят важна роляв отговор на увреждане на ДНК и следователно представляват голям интерес от гледна точка на защита срещу радиация и стареене.
Хипернация в хибернация
Скоро след стартирането на първите космически полети, водещият дизайнер на Съветския съюз космическа програмаСергей Королев започна разработването на амбициозен проект за пилотиран полет до Марс. Неговата идея беше да постави екипажа в състояние на хибернация по време на дълги космически пътувания. По време на хибернация всички процеси в тялото се забавят. Експериментите с животни показват, че в това състояние се повишава устойчивостта към екстремни фактори: понижена температура, смъртоносни дозирадиация, претоварване и т.н. В СССР проектът Марс беше закрит след смъртта на Сергей Королев. И в момента Европейската космическа агенция работи по проекта Aurora за полети до Марс и Луната, който разглежда варианта за зимен сън на астронавтите. ESA вярва, че хибернацията ще осигури по-голяма безопасност по време на продължителни автоматизирани полети. Ако говорим за бъдещата колонизация на космоса, тогава е по-лесно да се транспортира и защити от радиация банка от криоконсервирани зародишни клетки, отколкото популация от „готови“ хора. Но това очевидно няма да се случи в близко бъдеще и може би дотогава методите за радиозащита ще бъдат достатъчно развити, така че хората да не се страхуват от космоса.
Тежка артилерия
всичко органични съединениясъдържат въглерод-водородни връзки (C-H). Въпреки това е възможно да се синтезират съединения, които съдържат деутерий вместо водород, по-тежък аналог на водорода. Защото по-голяма масавръзките с деутерий са по-трудни за прекъсване. Тялото обаче е проектирано да работи с водород, така че ако твърде много водород се замени с деутерий, това може да доведе до лоши последствия. Доказано е при различни организми, че добавянето на деутерирана вода увеличава продължителността на живота и има противоракови ефекти, но повече от 20% деутерирана вода в диетата започва да има токсичен ефект. Авторите на статията смятат, че трябва да се провеждат предклинични изпитвания и да се търси праг на безопасност.
Интересна алтернатива е да се замени не водородът, а въглеродът с по-тежък аналог. 13 C е само 8% по-тежък от 12 C, докато деутерият е 100% по-тежък от водорода - такива промени ще бъдат по-малко критични за тялото. Въпреки това, този метод няма да предпази от разрушаване на N-H и O-H връзките, които държат ДНК базите заедно. Освен това производството на 13 C в момента е много скъпо. Въпреки това, ако производствените разходи могат да бъдат намалени, заместването на въглерода може да осигури допълнителна защита на хората от космическата радиация.
„Проблем радиационна безопасностучастници космически мисиимного принадлежи към класа сложни проблеми, които не могат да бъдат решени в рамките на един научен центърили дори цяла държава. Поради тази причина решихме да съберем специалисти от водещи центрове в Русия и по света, за да научим и консолидираме тяхната визия за начините за решаване на този проблем. По-специално, сред руските автори на статията има учени от FMBC на име. A.I. Burnazyan, Институт по биомедицински проблеми на Руската академия на науките, MIPT и други световноизвестни институции. По време на работата по проекта много от участниците в него се срещнаха за първи път и сега планират да продължат съвместните изследвания, които започнаха“, заключава координаторът на проекта Иван Озеров, радиобиолог, ръководител на групата за анализ на клетъчните сигнални пътища. в стартъпа Insilico в Сколково.
Дизайнер Елена Хавина, пресслужба на MIPT
Представеният по-долу текст следва да се разглежда като лично мнение на автора. Не класифицирана информация(или достъп до него) той няма. Всичко, което е представено, са факти от отворени източници плюс малко здрав разум („аналитика на дивана“, ако искате).
Научна фантастика - всички тези бластери и "пю-пю" в космическо пространствона малки едноместни изтребители - научи човечеството сериозно да надценява благосклонността на Вселената към топлите протеинови организми. Това е особено очевидно, когато писатели на научна фантастика описват пътуване до други планети. Уви, изследването на „реалния космос“ вместо обичайните няколкостотин „каме“ под защитата на магнитното поле на Земята ще бъде по-трудно начинание, отколкото изглеждаше на обикновения човек само преди десетилетие.
И така, ето основната ми точка. Психологическият климат и конфликтите в екипажа далеч не са основните проблеми, с които хората ще се сблъскат при организирането на пилотирани полети до Марс.
Основният проблем на човек, пътуващ извън магнитосферата на Земята- проблем с главно "П".
Какво е космическа радиация и защо не умираме от нея на Земята
Йонизиращото лъчение в космоса (отвъд няколкостотин километра околоземно пространство, което хората всъщност са усвоили) се състои от две части.
Радиация от Слънцето.Това е, на първо място, " слънчев вятър» - поток от частици, който постоянно „духа“ във всички посоки от звездата и който е изключително добър за бъдещите космически ветроходни кораби, защото ще им позволи да се ускорят правилно за пътуване извън Слънчевата система. Но за живите същества основната част от този вятър не е особено полезна. Чудесно е, че сме защитени от силна радиация от дебел слой атмосфера, йоносферата (тази, в която озонови дупки), както и мощното магнитно поле на Земята.
В допълнение към вятъра, който се разпръсква повече или по-малко равномерно, нашата звезда периодично изстрелва и така наречените слънчеви изригвания. Последните са изхвърляне на коронална материя от Слънцето. Те са толкова сериозни, че от време на време водят до проблеми за хората и технологиите дори на Земята, където най-забавното, повтарям, е добре екранизирано.
И така, имаме атмосферата и магнитното поле на планетата. Във вече доста близкия космос, на разстояние десет-две хиляди километра от Земята, слънчево изригване(дори и слаб, само няколко Хирошими), след като влезе в кораба, гарантирано ще деактивира живия си пълнеж без най-малкия шанс за оцеляване. Ние нямаме абсолютно нищо, което да попречи на това днес - при сегашното ниво на развитие на технологиите и материалите. Поради тази и само поради тази причина човечеството ще трябва да отложи продължилото с месеци пътуване до Марс, докато не реши този проблем поне частично. Освен това ще трябва да го планирате в периоди на най-спокойно слънце и да се молите много на всички технически богове.
Космически лъчи.Тези вездесъщи злодейски неща носят огромно количество енергия (повече отколкото LHC може да изпомпва в една частица). Те идват от други части на нашата галактика. Попадайки в щита на земната атмосфера, такъв лъч взаимодейства с нейните атоми и се разпада на десетки по-малко енергийни частици, които каскадно се сливат в потоци от още по-малко енергийни (но също опасни) и в резултат на това цялото това великолепие е излята като радиационен дъжд върху повърхността на планетата. Приблизително 15% от фоновата радиация на Земята идва от посетители от космоса. Колкото по-високо живеете над морското равнище, толкова по-висока доза ще уловите през живота си. И това се случва денонощно.
Като училищно упражнение, опитайте се да си представите какво ще се случи с космически кораб и неговото „живо съдържание“, ако бъдат директно ударени от такъв лъч някъде в космоса. Позволете ми да ви напомня, че полетът до Марс ще отнеме няколко месеца, за това ще трябва да се построи тежък кораб и вероятността от описания по-горе „контакт“ (или дори повече от един) е доста висока. За съжаление, просто е невъзможно да го игнорирате по време на дълги полети с жив екипаж.
Какво друго?
Освен радиацията, която достига Земята от Слънцето, има и слънчева радиация, които магнитосферата на планетата отблъсква, не пропуска и най-важното - натрупва*. Запознайте се с читателите. Това е радиационният пояс на Земята (ERB). Известен е още като колана на Ван Алън, както го наричат в чужбина. Астронавтите ще трябва да го преодолеят, както се казва, „на пълна скорост“, за да не получат смъртоносна доза радиация само за няколко часа. Повтарящият се контакт с този пояс - ако ние, противно на здравия разум, решим да върнем астронавтите от Марс на Земята - лесно може да ги довърши.
*Значителна част от частиците на ремъка на Van Allen придобиват опасни скорости още в самия ремък. Тоест не само ни предпазва от радиация отвън, но и усилва тази натрупана радиация.
Досега говорихме за космоса. Но не трябва да забравяме, че Марс (за разлика от Земята) няма почти никакво магнитно поле**, а атмосферата е тънка и тънка, така че излагането на тези негативни факторихората не само ще летят.
**Добре, има малко- близо до южния полюс.
Оттук и заключението. Бъдещите колонисти най-вероятно ще живеят не на повърхността на планетата (както ни показаха в епичния филм „Мисия до Марс“), а дълбоко. под него.
Какво трябва да направя?
На първо място, очевидно не хранете илюзии, че всички тези проблеми ще бъдат решени бързо (в рамките на десетина-две-три години). За да се избегне смъртта на екипажа от лъчева болест, ще трябва или изобщо да не го изпращаме там и да изследваме космоса с помощта на умни машини (между другото, не е най-глупавото решение), или ще трябва да работим много усилено, защото ако съм прав, тогава изпращането на хора на Марс със създаването на постоянна колония има задача за една страна (дори САЩ, дори Русия, дори Китай) през следващия половин век или дори повече, е напълно непосилна. Един кораб за такава мисия ще струва сума, равна на изграждането и пълната поддръжка на няколко МКС (виж по-долу).
И да, забравих да кажа: пионерите на Марс очевидно ще бъдат „атентатори самоубийци“, тъй като най-вероятно няма да можем да им осигурим нито обратен път, нито дълъг и комфортен живот на Марс през следващия половин век.
Как би могла теоретично да изглежда една мисия до Марс, ако имахме всички ресурси и технологии на старата Земя? Сравнете описаното по-долу с това, което сте видели култов филм"марсиански".
Мисия до Марс. Условно реалистична версия
първо,човечеството ще трябва да работи усилено и да построи космически кораб с циклопски размери с мощна антирадиационна защита, която може частично да компенсира адското радиационно натоварване на екипажа извън магнитното поле на Земята и да осигури доставката на повече или по-малко живи колонисти на Марс - еднопосочен.
Как може да изглежда такъв кораб?
Това е огромен колос с диаметър десетки (или още по-добре стотици) метри, оборудван със собствен магнитно поле(свръхпроводящи електромагнити) и източници на енергия за поддържането му ( ядрени реактори). Огромните размери на конструкцията позволяват да се запълни отвътре с материали, поглъщащи радиация (например, може да бъде оловна пяна или запечатани контейнери с проста или „тежка“ вода), които ще трябва да бъдат транспортирани в орбита за десетилетия (!) и монтирани около сравнително малка животоподдържаща капсула, където след това ще поставим астронавтите.
Освен размерите и високата си цена, марсианският кораб трябва да е адски надежден и най-важното – напълно автономен откъм управление. За да спасите екипажа жив, най-сигурното би било да го поставите в изкуствена кома и да го охладите малко (само няколко градуса), за да забавите метаболитните процеси. В това състояние хората а) ще бъдат по-малко чувствителни към радиация, б) заемат по-малко мястои е по-евтино да ги предпазите от същата радиация.
Очевидно в допълнение към кораба се нуждаем от изкуствен интелект, който може уверено да достави кораба в орбитата на Марс, да разтовари колонистите на повърхността му, без да повреди нито себе си, нито товара в процеса, и след това, без участието на хора, да върне астронавти до съзнание (вече на Марс). Все още нямаме такива технологии, но има известна надежда, че такъв AI и най-важното политическите и икономически ресурси за изграждането на описания кораб ще се появят у нас, да речем, по-близо до средата на века.
Добрата новина е, че марсианският „ферибот“ за колонисти може да бъде многократно използваем. Той ще трябва да пътува като совалка между Земята и крайната дестинация, доставяйки пратки с „жив товар“ до колонията, за да замени хората, които са напуснали „по естествени причини“. За да се достави „нежив“ товар (храна, вода, въздух и оборудване), радиационната защита не е особено необходима, така че не е необходимо да се превръща суперкораб в марсиански камион. Необходим е единствено за доставка на колонисти и евентуално семена за растения / млади селскостопански животни.
второ,необходимо е предварително да се изпратят оборудване и запаси от вода, храна и кислород на Марс за екипаж от 6-12 души за 12-15 години (като се вземат предвид всички форсмажорни обстоятелства). Това само по себе си е нетривиален проблем, но нека приемем, че не сме ограничени в ресурсите за решаването му. Да приемем, че войните и политическите катаклизми на Земята са утихнали и цялата планета работи в унисон за марсианската мисия.
Оборудването, което се хвърля на Марс, както трябваше да се досетите, е напълно автономен робот с изкуствен интелект и захранван от компактни ядрени реактори. Те ще трябва методично, в продължение на десет до година и половина, първо да прокопаят дълбок тунел под повърхността на червената планета. След това - след още няколко години - малка мрежа от тунели, в които ще трябва да бъдат влачени животоподдържащи единици и провизии за бъдеща експедиция, а след това всичко това ще бъде херметично сглобено в автономно подмарсианско селище.
Метроподобното жилище изглежда оптималното решение по две причини. Първо, той предпазва астронавтите от космическите лъчи, които вече са на самия Марс. Второ, поради остатъчната „марсотермална“ активност на подземната повърхност на планетата, тя е с градус или два по-топла, отколкото навън. Това ще бъде полезно за колонистите както за пестене на енергия, така и за отглеждане на картофи върху собствените им изпражнения.
Нека изясним важен момент: ще трябва да изградите колония в южното полукълбо, където все още има остатъчно магнитно поле на планетата.
В идеалния случай астронавтите изобщо няма да трябва да ходят на повърхността (или изобщо няма да видят Марс „на живо“, или ще го видят веднъж - по време на кацане). Цялата работа на повърхността ще трябва да се извършва от роботи, чиито действия колонистите ще трябва да ръководят от своя бункер през целия си кратък живот (двадесет години при щастлива комбинация от обстоятелства).
Трето,трябва да поговорим за самия екипаж и методите за подбора му.
Идеалната схема за последното би била да се претърси цялата Земя за... генетично идентични (монозиготни) близнаци, единият от които току-що се е превърнал в донор на органи (например „за щастие” е претърпял автомобилна катастрофа). Звучи изключително цинично, но не позволявайте това да ви попречи да прочетете текста до края.
Какво ни дава близнак донор?
Мъртъв близнак дава възможност на своя брат (или сестра) да стане идеален колонист на Марс. Факт е, че червеният костен мозък на първия, доставен на червената планета в контейнер, допълнително защитен от радиация, може да бъде прелят в близнака астронавт. Това увеличава шансовете за оцеляване от лъчева болест, остра левкемия и други проблеми, които е много вероятно да се случат на колониста през годините на мисията.
И така, как изглежда процесът на скрининг за бъдещи колонисти?
Избираме няколко милиона близнаци. Изчакваме да се случи нещо с един от тях и даваме оферта на останалия. Набира се група от, да кажем, сто хиляди потенциални кандидати. Сега в рамките на този пул извършваме окончателния подбор за психологическа съвместимости професионална годност.
Естествено, за да се разшири извадката, астронавтите ще трябва да бъдат избрани на цялата Земя, а не в една или две държави.
Разбира се, някаква технология за идентифициране на кандидати, които са особено устойчиви на радиация, би била голяма помощ. Известно е, че някои хора са много по-устойчиви на радиация от други. Със сигурност може да се идентифицира с помощта на някои генетични маркери. Ако допълним идеята с близнаци с този метод, заедно те трябва значително да увеличат процента на оцеляване на марсианските колонисти.
Освен това би било полезно да научите как да преливате костен мозък на хора в условия на нулева гравитация. Това не е единственото нещо, което трябва да бъде изобретено специално за този проект, но, за щастие, все още имаме време и МКС все още виси в орбитата на Земята, сякаш специално за тестване на такива технологии.
PS. Трябва специално да направя уговорката, че не съм принципен противник на космическите пътувания и вярвам, че рано или късно „Космосът ще бъде наш“. Единственият въпрос е цената на този успех, както и времето, което човечеството ще отдели за развитие необходими технологии. Мисля, че под влияние научна фантастикаи популярната култура, много от нас са доста небрежни по отношение на разбирането на трудностите, които трябва да бъдат преодолени по този път. За да направя тази част малко по-отрезвяваща« космооптимисти» и този текст е написан.
На части ще ви кажа какви други възможности имаме по отношение на човешкото изследване на космоса в дългосрочен план.