Selv om interplanetære flyreiser var en realitet, sier forskere i økende grad at flere og flere farer venter på menneskekroppen fra et rent biologisk synspunkt. Eksperter kaller en av hovedfarene hard plass stråling. På andre planeter, for eksempel på Mars, vil denne strålingen være slik at den vil akselerere utbruddet av Alzheimers sykdom betydelig.
"Kosmisk stråling utgjør en svært betydelig trussel for fremtidige astronauter. Muligheten for at eksponering for kosmisk stråling kan føre til helseproblemer som kreft har lenge vært anerkjent," sier Kerry O'Banion, en nevrovitenskapslege fra Medisinsk senter ved University of Rochester. "Våre eksperimenter etablerte også pålitelig at hard stråling også provoserer en akselerasjon av endringer i hjernen assosiert med Alzheimers sykdom."
Ifølge forskere er alt ytre rom bokstavelig talt gjennomsyret av stråling, mens den tykke jordatmosfæren beskytter planeten vår mot den. Deltakere på kortsiktige flyvninger til ISS kan allerede føle effekten av stråling, selv om de formelt sett er i lav bane, der den beskyttende kuppelen jordens tyngdekraft jobber fortsatt. Stråling er spesielt aktiv i de øyeblikkene da bluss oppstår på solen med påfølgende utslipp av strålingspartikler.
Forskere sier at NASA allerede jobber tett med ulike tilnærminger relatert til menneskelig beskyttelse mot kosmisk stråling. Romfartsorganisasjonen begynte først å finansiere "strålingsforskning" for 25 år siden. Foreløpig er en betydelig del av initiativene på dette området knyttet til forskning på hvordan man kan beskytte fremtidige marsonauter mot hard stråling på den røde planeten, der det ikke er en slik atmosfærisk kuppel som på jorden.
Eksperter snakker allerede veldig høy sannsynlighet at Mars-stråling provoserer kreft. Det er enda større mengder stråling nær asteroider. La oss minne deg på at NASA planlegger et oppdrag til en asteroide med menneskelig deltakelse for 2021, og til Mars senest i 2035. En tur til Mars og tilbake, med litt tid der, kan ta omtrent tre år.
Ifølge NASA er det nå bevist det kosmisk stråling I tillegg til kreft, provoserer det også sykdommer i hjerte-, muskel- og skjelettsystemet og endokrine systemer. Nå har eksperter fra Rochester identifisert en annen farevektor: forskning har funnet at høye doser kosmisk stråling provoserer sykdommer assosiert med nevrodegenerasjon, spesielt aktiverer de prosesser som bidrar til utviklingen av Alzheimers sykdom. Eksperter studerte også hvordan kosmisk stråling påvirker det menneskelige sentralnervesystemet.
Basert på eksperimenter har eksperter slått fast at radioaktive partikler i verdensrommet har i sin struktur kjerner av jernatomer, som har en fenomenal penetreringsevne. Dette er grunnen til at det er overraskende vanskelig å forsvare seg mot dem.
På jorden utførte forskere simuleringer av kosmisk stråling ved American Brookhaven National Laboratory på Long Island, hvor en spesiell partikkelakselerator er plassert. Gjennom eksperimenter bestemte forskere tidsrammen som sykdommen oppstår og utvikler seg. Imidlertid har forskerne så langt utført eksperimenter på laboratoriemus, og utsatt dem for strålingsdoser som kan sammenlignes med de som folk ville fått under en flytur til Mars. Etter eksperimentene fikk nesten alle mus forstyrrelser i funksjonen til hjernens kognitive system. Forstyrrelser i funksjonen til det kardiovaskulære systemet ble også notert. Fokus for akkumulering av beta-amyloid, et protein som er et sikkert tegn på forestående Alzheimers sykdom, er identifisert i hjernen.
Forskere sier at de ennå ikke vet hvordan de skal bekjempe romstråling, men de er sikre på at stråling er en faktor som fortjener den mest seriøse oppmerksomheten når de planlegger fremtidige romflyvninger.
Tambov regionale stat utdanningsinstitusjon
Omfattende skole– internat med innledende flytrening
oppkalt etter M. M. Raskova
Essay
"Kosmisk stråling"
Fullført av: elev av 103 peloton
Krasnoslobodtsev Alexey
Leder: Pelivan V.S.
Tambov 2008
1. Introduksjon.
2. Hva er kosmisk stråling.
3. Hvordan kosmisk stråling oppstår.
4. Påvirkning av kosmisk stråling på mennesker og miljø.
5. Midler for beskyttelse mot kosmisk stråling.
6. Dannelse av universet.
7. Konklusjon.
8. Bibliografi.
1. INTRODUKSJON
Mennesket vil ikke forbli på jorden for alltid,
men i jakten på lys og rom,
først vil den forsiktig trenge forbi
atmosfære, og deretter erobre alt
circumglobalt rom.
K. Tsiolkovsky
Det 21. århundre er århundret med nanoteknologi og gigantiske hastigheter. Livet vårt flyter ustanselig og uunngåelig, og hver enkelt av oss streber etter å følge med i tiden. Problemer, problemer, søk etter løsninger, en enorm informasjonsflyt fra alle kanter... Hvordan takle alt dette, hvordan finne sin plass i livet?
La oss prøve å stoppe opp og tenke...
Psykologer sier at en person kan se på tre ting i det uendelige: ild, vann og stjernehimmelen. Faktisk har himmelen alltid tiltrukket mennesker. Det er utrolig vakkert ved soloppgang og solnedgang, det virker uendelig blått og dypt om dagen. Og når du ser på de vektløse skyene som flyr forbi, ser på fuglenes flukt, vil du løsrive deg fra hverdagens mas, reise deg til himmelen og føle friheten til å fly. Og stjernehimmelen mørk natt... hvor mystisk og uforklarlig vakkert det er! Og hvordan jeg vil løfte mystikkens slør. I slike øyeblikk føler du deg som en liten partikkel av et enormt, skremmende og likevel uimotståelig lokkende rom, som kalles universet.
Hva er universet? Hvordan ble det til? Hva skjuler den i seg selv, hva har den forberedt for oss: et "universelt sinn" og svar på mange spørsmål eller menneskehetens død?
Spørsmål dukker opp i en endeløs strøm.
Plass... For et vanlig menneske virker det uoppnåelig. Men ikke desto mindre er dens innvirkning på en person konstant. I det store og hele var det verdensrommet som ga forholdene på jorden som førte til fremveksten av liv slik vi er vant til, og derav fremveksten av mennesket selv. Innflytelsen fra rommet merkes fortsatt i stor grad i dag. "Partikler av universet" når oss gjennom beskyttende lag atmosfære og har innvirkning på en persons velvære, hans helse og prosessene som skjer i kroppen hans. Dette er for oss som bor på jorden, men hva kan vi si om de som utforsker verdensrommet.
Jeg var interessert i dette spørsmålet: hva er kosmisk stråling og hva er dens effekt på mennesker?
Jeg studerer på en internatskole med innledende flytrening. Gutter kommer til oss som drømmer om å erobre himmelen. Og de har allerede tatt det første skrittet mot å realisere drømmen sin, forlate veggene i hjemmet og bestemme seg for å komme til denne skolen, hvor de studerer det grunnleggende om fly, design av fly, hvor de har muligheten til å kommunisere med hver dag. mennesker som gjentatte ganger har tatt til himmelen. Og selv om dette bare er fly foreløpig, som ikke fullt ut kan overvinne tyngdekraften. Men dette er bare det første trinnet. Skjebnen og livsvei hver person begynner med et lite, engstelig, usikkert trinn av et barn. Hvem vet, kanskje en av dem vil ta det andre trinnet, det tredje... og mestre rommet fly og vil stige til stjernene inn i universets grenseløse vidder.
Derfor er denne saken ganske relevant og interessant for oss.
2. HVA ER KOSMISK STRÅLING?
Eksistensen av kosmiske stråler ble oppdaget på begynnelsen av det tjuende århundre. I 1912 klatret den australske fysikeren W. Hess varmluftsballong, la merke til at utladningen av elektroskopet i store høyder skjer mye raskere enn ved havnivå. Det ble klart at ioniseringen av luft, som fjernet utladningen fra elektroskopet, var av utenomjordisk opprinnelse. Millikan var den første som gjorde denne antagelsen, og det var han som ga dette fenomenet sitt moderne navn - kosmisk stråling.
Det er nå fastslått at primær kosmisk stråling består av stabile høyenergipartikler som flyr i det meste ulike retninger. Intensiteten av kosmisk stråling i området solsystemet gjennomsnittlig 2-4 partikler per 1 cm 2 per 1 s. Det består av:
- protoner – 91 %
- α-partikler – 6,6 %
- kjerner av andre tyngre grunnstoffer – mindre enn 1 %
- elektroner – 1,5 %
- Røntgen- og gammastråler av kosmisk opprinnelse
- solstråling.
Primære kosmiske partikler som flyr fra verdensrommet samhandler med atomkjernene i de øvre lagene av atmosfæren og danner såkalte sekundære kosmiske stråler. Intensiteten til kosmiske stråler nær jordens magnetiske poler er omtrent 1,5 ganger større enn ved ekvator.
Den gjennomsnittlige energien til kosmiske partikler er omtrent 10 4 MeV, og energien til individuelle partikler er 10 12 MeV og mer.
3. HVORDAN OPPstår KOSMISK STRÅLING?
Av moderne ideer Hovedkilden til høyenergisk kosmisk stråling er supernovaeksplosjoner. Data fra NASAs Orbiting X-ray Telescope har gitt nye bevis på at mye av den kosmiske strålingen som stadig bombarderer jorden kommer fra en sjokkbølge som forplanter seg fra en supernovaeksplosjon som ble registrert tilbake i 1572. Basert på observasjoner fra Chandra X-ray Observatory, fortsetter restene av supernovaen å akselerere med hastigheter på mer enn 10 millioner km/t, og produserer to sjokkbølger ledsaget av en massiv utgivelse røntgenstråling. Dessuten én bølge
beveger seg utover i den interstellare gassen, og den andre
innover, mot midten tidligere stjerne. Du kan også
hevder at en betydelig andel av energien
"innvendig" sjokkbølge går for å akselerere atomkjerner til hastigheter nær lyset.
Høyenergipartikler kommer til oss fra andre galakser. De kan oppnå slike energier ved å akselerere i de inhomogene magnetiske feltene i universet.
Naturligvis er kilden til kosmisk stråling også den stjernen som er nærmest oss - Solen. Solen sender med jevne mellomrom (under bluss) ut solenergi kosmiske stråler, som hovedsakelig består av protoner og α-partikler med lav energi.
4. PÅVIRKNING AV KOSMISK STRÅLING PÅ MENNESKER
OG MILJØET
Resultatene av en studie utført av forskere ved Sophia Antipolis-universitetet i Nice viser at kosmisk stråling spilte en avgjørende rolle i fremveksten av biologisk liv på jorden. Det har lenge vært kjent at aminosyrer kan eksistere i to former - venstrehendt og høyrehendt. Men på jorden, på grunnlag av alt biologiske organismer, utviklet seg naturlig, bare venstrehendte aminosyrer finnes. Årsaken skal ifølge universitetsansatte søkes i verdensrommet. Såkalt sirkulært polarisert kosmisk stråling ødela høyrehendte aminosyrer. Sirkulært polarisert lys er en form for stråling polarisert av kosmiske elektromagnetiske felt. Denne strålingen produseres når partikler av interstellart støv stiller opp langs magnetiske feltlinjer som gjennomsyrer hele det omkringliggende rommet. Sirkulært polarisert lys står for 17 % av all kosmisk stråling hvor som helst i verdensrommet. Avhengig av polarisasjonsretningen bryter slikt lys selektivt ned en av typene aminosyrer, noe som bekreftes av eksperiment og resultatene av en studie av to meteoritter.
Kosmisk stråling er en av kildene til ioniserende stråling på jorden.
Naturlig bakgrunnsstråling på grunn av kosmisk stråling ved havnivå er 0,32 mSv per år (3,4 µR per time). Kosmisk stråling utgjør bare 1/6 av den årlige effektive ekvivalentdosen som befolkningen mottar. Strålingsnivåene varierer mellom ulike områder. Dermed er nord- og sørpolene mer utsatt for kosmiske stråler enn ekvatorialsonen, på grunn av tilstedeværelsen av et magnetfelt nær jorden som avleder ladede partikler. I tillegg, jo høyere du er fra jordoverflaten, jo mer intens blir den kosmiske strålingen. Når vi bor i fjellområder og stadig bruker lufttransport, er vi derfor utsatt for en ekstra risiko for strålingseksponering. Mennesker som bor over 2000 m over havet får en effektiv ekvivalent dose fra kosmiske stråler som er flere ganger større enn de som bor ved havnivå. Når du går opp fra en høyde på 4000 m ( maksimal høyde bosted for mennesker) opp til 12 000 m (maksimal flyhøyde for passasjertransport), øker eksponeringsnivået med 25 ganger. Og under en 7,5-timers flytur på et konvensjonelt turbopropfly er strålingsdosen som mottas omtrent 50 μSv. Totalt, gjennom bruk av lufttransport, mottar jordens befolkning en stråledose på ca. 10 000 mann-Sv per år, som er et gjennomsnitt per innbygger i verden på ca. 1 μSv pr. år, og i Nord-Amerika ca. 10 μSv.
Ioniserende stråling påvirker menneskers helse negativt, det forstyrrer de vitale funksjonene til levende organismer:
· med stor penetreringsevne ødelegger den de mest intensivt delende cellene i kroppen: beinmarg, fordøyelseskanal, etc.
· forårsaker endringer på gennivå, som i ettertid fører til mutasjoner og forekomst av arvelige sykdommer.
forårsaker intensiv deling av ondartede tumorceller, noe som fører til fremveksten kreftsykdommer.
· fører til endringer i nervesystemet og hjertefunksjonen.
· seksuell funksjon er hemmet.
· Forårsaker synshemming.
Stråling fra verdensrommet påvirker til og med synet til flypiloter. Synsforholdene til 445 menn i alderen rundt 50 år ble studert, hvorav 79 var flypiloter. Statistikk har vist at for profesjonelle piloter er risikoen for å utvikle grå stær i linsekjernen tre ganger høyere enn for representanter for andre yrker, og enda mer for astronauter.
Kosmisk stråling er en av de ugunstige faktorer for kroppen til astronauter, hvis betydning stadig øker ettersom rekkevidden og varigheten av flyreiser øker. Når en person befinner seg utenfor jordens atmosfære, hvor bombardementet av galaktiske stråler, så vel som solenergiens kosmiske stråler, er mye sterkere: rundt 5 tusen ioner kan rushe gjennom kroppen hans på et sekund, i stand til å ødelegge kjemiske bindinger i kroppen og forårsaker en kaskade av sekundære partikler. Faren for stråleeksponering for ioniserende stråling i lave doser skyldes økt risiko for kreft og arvelige sykdommer. Den største faren fra intergalaktiske stråler kommer fra tungt ladede partikler.
Basert på biomedisinsk forskning og de estimerte nivåene av stråling som eksisterer i rommet, ble maksimalt tillatte strålingsdoser for astronauter bestemt. De er 980 rem for føtter, ankler og hender, 700 rem for huden, 200 rem for de bloddannende organene og 200 rem for øynene. De eksperimentelle resultatene viste at under forhold med vektløshet øker påvirkningen av stråling. Hvis disse dataene bekreftes, er faren for kosmisk stråling for mennesker sannsynligvis større enn først antatt.
Kosmiske stråler kan påvirke været og klimaet på jorden. Britiske meteorologer har bevist at overskyet vær observeres i perioder med størst kosmisk stråleaktivitet. Poenget er at når kosmiske partikler bryter ut i atmosfæren, genererer de brede "byger" av ladede og nøytrale partikler, som kan provosere vekst av dråper i skyer og en økning i skydekke.
I følge forskning fra Institute of Solar-Terrestrial Physics, er det for tiden observert en unormal bølge solaktivitet, årsakene til disse er ukjente. En solflamme er en frigjøring av energi som kan sammenlignes med eksplosjonen av flere tusen hydrogenbomber. Ved spesielt sterke utbrudd elektromagnetisk stråling Når den når jorden, endrer den planetens magnetfelt - som om den rister det, noe som påvirker velværet til værfølsomme mennesker. Disse utgjør ifølge Verdens helseorganisasjon 15 % av verdens befolkning. Også, med høy solaktivitet, begynner mikrofloraen å formere seg mer intensivt og en persons mottakelighet for mange smittsomme sykdommer øker. Dermed begynner influensaepidemier 2,3 år før maksimal solaktivitet eller 2,3 år etter.
Dermed ser vi at selv en liten del av kosmisk stråling som når oss gjennom atmosfæren kan ha en merkbar effekt på menneskekroppen og helsen, på prosessene som skjer i atmosfæren. En av hypotesene for opprinnelsen til livet på jorden antyder at kosmiske partikler spiller en betydelig rolle i biologiske og kjemiske prosesser på planeten vår.
5. KOSMISK STRÅLEBESKYTTELSESMIDLER
Penetrasjonsproblemer
mann ut i verdensrommet - en slags prøvelse
modenhetssteinen til vår vitenskap.
Akademiker N. Sissakyan.
Til tross for at strålingen fra universet kan ha ført til livets opprinnelse og menneskets utseende, er det for mennesket selv i sin rene form ødeleggende.
Menneskelig boareal er begrenset til svært liten
avstander - dette er jorden og flere kilometer over overflaten. Og så - "fiendtlig" plass.
Men siden mennesket ikke gir opp å prøve å trenge gjennom universets vidder, men mestrer dem mer og mer intensivt, oppsto behovet for å skape visse midler beskyttelse mot den negative påvirkningen av rommet. Dette er spesielt viktig for astronauter.
I motsetning til hva mange tror, er det ikke jordens magnetfelt som beskytter oss mot angrep av kosmiske stråler, men et tykt lag av atmosfæren, der det er et kilo luft for hver cm 2 overflate. Derfor, når et kosmisk proton flyr inn i atmosfæren, overvinner det i gjennomsnitt bare 1/14 av høyden. Astronauter er fratatt et slikt beskyttende skall.
Som beregninger viser, det er umulig å redusere risikoen for stråleskader til null under romflukt. Men du kan minimere det. Og her er det viktigste den passive beskyttelsen av romfartøyet, det vil si veggene.
For å redusere risikoen for dosebelastninger fra solenergi kosmiske stråler tykkelsen bør være minst 3-4 cm for lette legeringer. Plast kan være et alternativ til metaller. For eksempel blokkerer polyetylen, det samme materialet som vanlige handleposer er laget av, 20 % flere kosmiske stråler enn aluminium. Forsterket polyetylen er 10 ganger sterkere enn aluminium og samtidig lettere enn "vinget metall".
MED beskyttelse mot galaktiske kosmiske stråler, med gigantiske energier, er alt mye mer komplisert. Flere måter å beskytte astronauter mot dem er foreslått. Du kan lage et lag med beskyttende stoff rundt skipet lik jordens atmosfære. For eksempel, hvis du bruker vann, som er nødvendig i alle fall, trenger du et lag 5 m tykt. I dette tilfellet vil massen til vannreservoaret nærme seg 500 tonn, noe som er mye. Du kan også bruke etylen - fast, som ikke krever tanker. Men selv da vil den nødvendige massen være minst 400 tonn. Flytende hydrogen kan brukes. Den blokkerer kosmiske stråler 2,5 ganger bedre enn aluminium. Riktignok ville drivstoffbeholdere være klumpete og tunge.
Ble foreslått en annen ordning for å beskytte mennesker i bane, som kan kalles magnetisk krets. En ladet partikkel som beveger seg over et magnetfelt påvirkes av en kraft rettet vinkelrett på bevegelsesretningen (Lorentz-kraft). Avhengig av konfigurasjonen av feltlinjene, kan partikkelen avvike i nesten hvilken som helst retning eller gå inn i en sirkulær bane, hvor den vil rotere i det uendelige. For å skape et slikt felt vil det være nødvendig med magneter basert på superledning. Et slikt system vil ha en masse på 9 tonn, det er mye lettere enn stoffbeskyttelse, men fortsatt tungt.
Tilhengere av en annen idé foreslår å lade romfartøyet med elektrisitet, hvis spenningen til den ytre huden er 2 10 9 V, vil skipet være i stand til å reflektere alle protoner av kosmiske stråler med energier opp til 2 GeV. Men det elektriske feltet vil strekke seg til en avstand på titusenvis av kilometer, og romfartøyet vil tiltrekke seg elektroner fra dette enorme volumet. De vil krasje inn i skallet med en energi på 2 GeV og oppføre seg på samme måte som kosmiske stråler.
"Klær" for kosmonauters romvandring utenfor romfartøyet bør være et helt redningssystem:
· må skape den nødvendige atmosfæren for å puste og opprettholde trykk;
· må sørge for fjerning av varme generert av menneskekroppen;
· den skal beskytte mot overoppheting hvis en person er på solsiden, og mot avkjøling hvis den er i skyggen; forskjellen mellom dem er mer enn 100 0 C;
· beskytte mot blending av solstråling;
· beskytte mot meteoriske stoffer;
· må tillate fri bevegelse.
Utviklingen av romdrakten begynte i 1959. Det er flere modifikasjoner av romdrakter de er i stadig endring og forbedring, hovedsakelig gjennom bruk av nye, mer avanserte materialer.
En romdrakt er en kompleks og kostbar enhet, og dette er lett å forstå hvis du setter deg inn i kravene som stilles for eksempel til romdrakten til Apollo-kosmonautene. Denne romdrakten må beskytte astronauten mot følgende faktorer:
Struktur av en halvstiv romdrakt (for plass)
Den første romdrakten for romvandringer, som A. Leonov brukte, var stiv, ubøyelig, veide omtrent 100 kg, men samtidige betraktet den som et virkelig mirakel av teknologi og "en maskin mer kompleks enn en bil."
Dermed er ikke alle forslag for å beskytte astronauter mot kosmiske stråler pålitelige.
6. UTDANNING AV UNIVERSET
For å være ærlig, vil vi ikke bare vite
hvordan det er bygget opp, men også om mulig for å nå målet
utopisk og dristig i utseende - forstå hvorfor
naturen er akkurat slik. Dette er
Promethean element av vitenskapelig kreativitet.
A. Einstein.
Så kosmisk stråling kommer til oss fra universets grenseløse vidder. Hvordan dannet universet seg?
Det var Einstein som kom opp med teoremet som hypotesene om dens forekomst ble satt på grunnlag av. Det er flere hypoteser for dannelsen av universet. I moderne kosmologi er de to mest populære Big Bang-teorien og inflasjonsteorien.
Moderne modeller av universet er basert på A. Einsteins generelle relativitetsteori. Einsteins gravitasjonsligning har ikke én, men mange løsninger, noe som forklarer eksistensen av mange kosmologiske modeller.
Den første modellen ble utviklet av A. Einstein i 1917. Han avviste Newtons postulater om det absolutte og uendelige av rom og tid. I samsvar med denne modellen er verdensrommet homogent og isotropisk, materie i det er jevnt fordelt, gravitasjonsattraksjon av masser kompenseres av universell kosmologisk frastøtning. Universets eksistens er uendelig, og rommet er ubegrenset, men begrenset. Universet i kosmologisk modell Einstein er stasjonær, uendelig i tid og grenseløs i rommet.
I 1922 ble den russiske matematikeren og geofysikeren A.A. Friedman forkastet postulatet om stasjonaritet og fikk en løsning på Einsteins ligning, som beskriver universet med "utvidende" plass. I 1927 introduserte den belgiske abbeden og vitenskapsmannen J. Lemaitre, basert på astronomiske observasjoner, konseptet begynnelsen av universet som en supertett tilstand og universets fødsel som Big Bang. I 1929 oppdaget den amerikanske astronomen E. P. Hubble at alle galakser beveger seg bort fra oss, og med en hastighet som øker proporsjonalt med avstanden - utvider galaksesystemet seg. Utvidelsen av universet regnes som et vitenskapelig etablert faktum. I følge beregningene til J. Lemaitre var universets radius i sin opprinnelige tilstand 10 -12 cm, som
nær i størrelse til elektronradiusen, og dens
tettheten var 1096 g/cm3. Fra
initial tilstand, gikk universet over til ekspansjon som et resultat det store smellet . A. A. Friedmans student G. A. Gamov foreslo det temperaturen på stoffet etter eksplosjonen var høy og falt med utvidelsen av universet. Hans beregninger viste at universet i sin utvikling går gjennom visse stadier, der dannelsen av kjemiske elementer og strukturer.
Hadron-epoken(tunge partikler som inngår i sterke interaksjoner). Varigheten av epoken er 0,0001 s, temperaturen er 10 12 grader Kelvin, tettheten er 10 14 g/cm 3. På slutten av epoken skjer utslettelse av partikler og antipartikler, men et visst antall protoner, hyperoner og mesoner gjenstår.
Era av leptoner(lette partikler som går inn i elektromagnetisk interaksjon). Varigheten av epoken er 10 s, temperaturen er 10 10 grader Kelvin, tettheten er 10 4 g/cm 3. Hovedrollen spilles av lette partikler som deltar i reaksjoner mellom protoner og nøytroner.
Foton æra. Varighet 1 million år. Hoveddelen av massen - universets energi - kommer fra fotoner. Ved slutten av epoken synker temperaturen fra 10 10 til 3000 grader Kelvin, tetthet - fra 10 4 g/cm 3 til 1021 g/cm 3. Hovedrollen spilles av stråling, som på slutten av epoken er skilt fra materie.
Stjernetiden oppstår 1 million år etter universets fødsel. I løpet av stjernetiden begynner prosessen med dannelse av protostjerner og protogalakser.
Så utspiller det seg et grandiost bilde av dannelsen av strukturen til Metagalaxy.
En annen hypotese er inflasjonsmodellen til universet, som tar for seg universets skapelse. Ideen om skapelse er assosiert med kvantekosmologi. Denne modellen beskriver utviklingen av universet, fra øyeblikket 10 -45 s etter starten av ekspansjonen.
I følge denne hypotesen går kosmisk evolusjon i det tidlige universet gjennom en rekke stadier. Begynnelsen av universet er definert av teoretiske fysikere som tilstand av kvantesupergravitasjon med en radius av universet på 10 -50 cm(til sammenligning: størrelsen på et atom er definert som 10 -8 cm, og størrelsen atomkjernen 10-13 cm). Hovedhendelsene i det tidlige universet fant sted i en ubetydelig liten tidsperiode fra 10-45 s til 10 -30 s.
Inflasjonsstadiet. Som et resultat av et kvantesprang gikk universet over i en tilstand av begeistret vakuum og i fravær av materie og stråling intenst utvidet etter eksponentiell lov. I løpet av denne perioden ble rommet og tiden til selve universet skapt. I løpet av perioden med inflasjonsstadiet som varte 10 -34 s, blåste universet seg opp fra ufattelig små kvantestørrelser (10 -33) til ufattelig store (10 1000000) cm, som er mange størrelsesordener større enn størrelsen på det observerbare universet - 10 28 cm Hele denne første perioden i universet var det ingen sak, ingen stråling.
Overgang fra inflasjonsstadiet til fotonstadiet. Tilstanden med falskt vakuum gikk i oppløsning, den frigjorte energien gikk til fødselen av tunge partikler og antipartikler, som etter utslettelse ga et kraftig glimt av stråling (lys) som opplyste rommet.
Stadium av separasjon av materie fra stråling: stoffet som ble igjen etter utslettelse ble gjennomsiktig for stråling, kontakten mellom stoffet og strålingen forsvant. Strålingen skilt fra materie utgjør moderne relikvie bakgrunn er et restfenomen fra den første strålingen som oppsto etter eksplosjonen i begynnelsen av dannelsen av universet. I videre utvikling Universet beveget seg i retning fra den enkleste homogene tilstanden til skapelsen av flere og flere komplekse strukturer– atomer (opprinnelig hydrogenatomer), galakser, stjerner, planeter, syntese av tunge elementer i stjernenes tarm, inkludert de som er nødvendige for å skape liv, livets fremvekst og, som skaperverkets krone, mennesket.
Forskjellen mellom stadiene av universets utvikling i inflasjonsmodellen og Big Bang-modellen Dette gjelder bare den innledende fasen på ca 10–30 s, da er det ingen grunnleggende forskjeller mellom disse modellene. Forskjeller i forklaring av mekanismene for kosmisk evolusjon knyttet til ideologiske holdninger .
Det første var problemet med begynnelsen og slutten av universets eksistens, hvis erkjennelse stred mot de materialistiske utsagn om evighet, uskapning og uforgjengelighet osv. av tid og rom.
I 1965 beviste de amerikanske teoretiske fysikerne Penrose og S. Hawking et teorem hvor det i enhver modell av universet med ekspansjon nødvendigvis må være en singularitet - et brudd i tidslinjer i fortiden, som kan forstås som tidenes begynnelse. . Det samme gjelder for situasjonen når ekspansjon erstattes av kompresjon - da vil det være et brudd i tidslinjer i fremtiden - tidens ende. Dessuten tolkes punktet der kompresjonen begynte som slutten av tiden - Great Drain, som ikke bare galakser strømmer inn i, men også "hendelsene" fra hele universets fortid.
Det andre problemet er knyttet til skapelsen av verden ut av ingenting. A.A. Friedman utleder matematisk tidspunktet for begynnelsen av utvidelsen av rommet med null volum, og i sin populære bok "Verden som rom og tid", utgitt i 1923, snakker han om muligheten for å "skape verden ut av ingenting. ” Et forsøk på å løse problemet med fremveksten av alt fra ingenting ble gjort på 80-tallet av den amerikanske fysikeren A. Gut og sovjetisk fysiker A. Linde. Energien til universet, som er bevart, ble delt inn i gravitasjons- og ikke-gravitasjonsdeler, forskjellige tegn. Og da vil den totale energien til universet være lik null.
Den største vanskeligheten for forskere oppstår ved å forklare årsakene til kosmisk evolusjon. Det er to hovedbegreper som forklarer utviklingen av universet: begrepet selvorganisering og begrepet kreasjonisme.
For begrepet selvorganisering er det materielle universet den eneste virkeligheten, og ingen annen virkelighet eksisterer ved siden av det. I dette tilfellet er evolusjon beskrevet som følger: det er en spontan ordning av systemer i retning av dannelsen av stadig mer komplekse strukturer. Dynamisk kaos skaper orden. Det er ikke noe mål for kosmisk evolusjon.
Innenfor rammen av konseptet kreasjonisme, det vil si skapelse, er utviklingen av universet assosiert med implementeringen av et program bestemt av virkeligheten mer høy orden enn den materielle verden. Tilhengere av kreasjonisme trekker oppmerksomheten mot eksistensen av rettet utvikling fra enkle systemer til mer komplekse og informasjonsintensive, der forholdene for fremveksten av liv og mennesker ble skapt. Eksistensen av universet vi lever i avhenger av de numeriske verdiene til grunnleggende fysiske konstanter - Planck er konstant, konstant tyngdekraft, etc. Tallverdier Disse konstantene bestemmer universets hovedtrekk, størrelsene på atomer, planeter, stjerner, materietettheten og universets levetid. Av dette konkluderes det at fysisk struktur Universet er programmert og rettet mot livets fremvekst. Endelig mål kosmisk evolusjon - menneskets utseende i universet i samsvar med planene til Skaperen.
Et annet uløst problem er universets fremtidige skjebne. Vil den fortsette å ekspandere på ubestemt tid, eller vil denne prosessen reversere etter en stund og kompresjonsstadiet begynne? Valget mellom disse scenariene kan gjøres hvis det er data om den totale massen av materie i universet (eller dets gjennomsnittlige tetthet), som ennå ikke er tilstrekkelig.
Hvis energitettheten i universet er lav, vil den utvide seg for alltid og gradvis avkjøles. Hvis energitettheten er større enn en viss kritisk verdi, så vil ekspansjonstrinnet bli erstattet av komprimeringstrinnet. Universet vil krympe i størrelse og varmes opp.
Inflasjonsmodell spådde at energitettheten skulle være kritisk. Imidlertid indikerte astrofysiske observasjoner utført før 1998 at energitettheten var omtrent 30 % av den kritiske verdien. Men oppdagelsene de siste tiårene har gjort det mulig å "finne" den manglende energien. Det er bevist at vakuum har positiv energi (kalt mørk energi), og det er jevnt fordelt i rommet (noe som nok en gang beviser at det ikke er noen "usynlige" partikler i et vakuum).
I dag er det mye flere alternativer for å svare på spørsmålet om universets fremtid, og de avhenger betydelig av hvilken teori som forklarer skjult energi som er riktig. Men vi kan si utvetydig at våre etterkommere vil se verden helt annerledes enn deg og meg.
Det er svært rimelige mistanker om at det i tillegg til gjenstandene vi ser i universet, også er det stor kvantitet skjult, men har også masse, og denne "mørke massen" kan være 10 eller flere ganger større enn den synlige.
Kort fortalt kan universets egenskaper presenteres i denne formen.
Kort biografi Univers
Alder: 13,7 milliarder år
Størrelsen på den observerbare delen av universet:
13,7 milliarder lysår, omtrent 10 28 cm
Gjennomsnittlig tetthet av materie: 10 -29 g/cm 3
Vekt: mer enn 10 50 tonn
Vekt ved fødsel:
ifølge Big Bang-teorien - uendelig
ifølge inflasjonsteorien - mindre enn et milligram
Temperatur i universet:
i eksplosjonsøyeblikket – 10 27 K
moderne – 2,7 K
|
|
7. KONKLUSJON
Ved å samle informasjon om kosmisk stråling og dens innvirkning på miljøet, ble jeg overbevist om at alt i verden er sammenkoblet, alt flyter og endrer seg, og vi føler konstant ekkoene fra den fjerne fortiden, fra dannelsen av universet.
Partikler som har nådd oss fra andre galakser har med seg informasjon om fjerne verdener. Disse "romvesenene" er i stand til å ha en betydelig innvirkning på naturen og biologiske prosesser på planeten vår.
Alt er annerledes i rommet: Jorden og himmelen, solnedganger og soloppganger, temperatur og trykk, hastigheter og avstander. Mye av det virker uforståelig for oss.
Space er ikke vår venn ennå. Den konfronterer mennesket som en fremmed og fiendtlig styrke, og hver astronaut som går i bane, må være klar til å kjempe mot den. Dette er veldig vanskelig, og en person går ikke alltid seirende ut. Men jo dyrere seieren er, jo mer verdifull er den.
Påvirkningen fra det ytre rom er ganske vanskelig å vurdere på den ene siden, den førte til livets fremvekst og til slutt skapte mennesket selv, på den andre siden er vi tvunget til å forsvare oss mot det. I dette tilfellet er det åpenbart nødvendig å finne et kompromiss og prøve å ikke ødelegge den skjøre balansen som for tiden eksisterer.
Yuri Gagarin, som så jorden fra verdensrommet for første gang, utbrøt: "Hvor liten den er!" Vi må huske disse ordene og ta vare på planeten vår med all vår makt. Tross alt kan vi bare komme ut i verdensrommet fra jorden.
8. BIBLIOGRAFI.
1. Buldakov L.A., Kalistratova V.S. Radioaktiv stråling og helse, 2003.
2. Levitan E.P. Astronomi. – M.: Utdanning, 1994.
3. Parker Yu Hvordan beskytte romreisende // I vitenskapens verden. - 2006, nr. 6.
4. Prigozhin I.N. Universets fortid og fremtid. – M.: Kunnskap, 1986.
5. Hawking S. En kort historie om tid fra big bang til sorte hull. – St. Petersburg: Amphora, 2001.
6. Leksikon for barn. Kosmonautikk. – M.: «Avanta+», 2004.
7. http://www. rolle. ru/ news/ misc/ spacenews/ 00/12/25. htm
8. http://www. grani. ru/Samfunn/Vitenskap/m. 67908.html
Den russiske filosofen N.F. Fedorov (1828 - 1903) var den første som erklærte at mennesker står overfor veien til utforskning av hele verdensrommet som en strategisk vei for utviklingen av menneskeheten. Han trakk oppmerksomhet til det faktum at bare et så stort område er i stand til å tiltrekke seg all den åndelige energien, alle menneskehetens krefter, som er bortkastet på gjensidig friksjon eller brukt på bagateller. ... Hans idé om reorientering av industrielle og vitenskapelig potensial militærindustrielt kompleks for forskning og utvikling av rom, inkludert dyprom, kan radikalt redusere den militære faren i verden. For at dette skal skje i praksis, må det først skje i hodet til menneskene som tar globale beslutninger i utgangspunktet. ...
Ulike vanskeligheter oppstår på veien til romutforskning. Hovedhindringen som angivelig kommer i forgrunnen er problemet med stråling, her er en liste over publikasjoner om dette:
29.01.2004, avis "Trud", "Bestråling i bane";
("Og her er den triste statistikken. Av våre 98 kosmonauter som fløy, er atten ikke lenger i live, det vil si hver femte. Av disse døde fire da de kom tilbake til jorden, Gagarin, i en flyulykke. Fire døde av kreft (Anatoly Levchenko var 47 år gammel, Vladimir Vasyutin - 50...).")
2. I løpet av de 254 dagene av Curiosity-roverens flytur til Mars, var stråledosen mer enn 1 Sv, d.v.s. i gjennomsnitt mer enn 4 mSv/dag.
3. Når astronauter flyr rundt jorden, varierer strålingsdosen fra 0,3 til 0,8 mSv/dag ()
4. Siden oppdagelsen av stråling, dens vitenskapelige studie og praktiske masseutvikling av industrien, har det blitt akkumulert en enorm mengde, inkludert effekten av stråling på menneskekroppen.
For å koble en astronauts sykdom med eksponering for romstråling, er det nødvendig å sammenligne forekomsten av astronauter som fløy ut i verdensrommet med forekomsten av astronauter i kontrollgruppen som ikke hadde vært i verdensrommet.
5. Rom-internettleksikonet www.astronaut.ru inneholder all informasjon om kosmonauter, astronauter og taikonauter som fløy ut i verdensrommet, samt kandidater valgt ut for flyreiser, men som ikke fløy ut i verdensrommet.
Ved å bruke disse dataene kompilerte jeg en oppsummeringstabell for USSR/Russland med personlige raid, fødsels- og dødsdatoer, dødsårsaker osv.
Oppsummerte data er presentert i tabellen:
| I databasen
rom leksikon, Menneskelig |
De lever
Menneskelig |
Døde
av alle grunner Menneskelig |
Døde
fra kreft, Menneskelig |
|
| Vi fløy ut i verdensrommet | 116
,
av dem 28 - med flytid opptil 15 dager, 45 - med flytid fra 16 til 200 dager, 43 - med flytid fra 201 til 802 dager |
87
(gjennomsnittsalder - 61 år) av dem |
29
(25%) gjennomsnittsalder - 61 år |
7
(6%), av dem 3 - med flytid på 1-2 dager, 3 - med flytid 16-81 dager 1 - med 269 dagers flytid |
| Fløy ikke ut i verdensrommet | 158 | 101
(gjennomsnittsalder - 63 år) av dem |
57
(36%)
gjennomsnittsalder - 59 år |
11 (7%) |
Det er ingen signifikante og åpenbare forskjeller mellom gruppen mennesker som fløy ut i verdensrommet og kontrollgruppe ikke funnet.
Av de 116 menneskene i USSR/Russland som fløy ut i verdensrommet minst én gang, hadde 67 personer individuell romflytid på mer enn 100 dager (maksimalt 803 dager), 3 av dem døde 64, 68 og 69 år gamle. En av de omkomne hadde kreft. Resten er i live fra november 2013, inkludert 20 kosmonauter med maksimale flytimer (fra 382 til 802 dager) med doser (210 - 440 mSv) med en gjennomsnittlig daglig dose på 0,55 mSv. Dette bekrefter strålingssikkerheten ved langsiktige romflyvninger.
6. Det finnes også mange andre data om helsen til personer som fikk økte doser strålingseksponering i løpet av årene med opprettelsen av atomindustrien i USSR. Dermed "ved PA Mayak": "I 1950-1952. doserater av ekstern gamma (stråling nær teknologiske enheter nådde 15-180 mR/t. Årlige doser av ekstern stråling for 600 observerte anleggsarbeidere var 1,4-1,9 Sv/år. I noen tilfeller nådde de maksimale årlige dosene av ekstern stråling 7- 8 Sv/år...
Av de 2300 arbeiderne som led av kronisk strålesyke, etter 40-50 års observasjon, forblir 1200 mennesker i live med en gjennomsnittlig totaldose på 2,6 Gy ved en gjennomsnittsalder på 75 år. Og av 1100 dødsfall (gjennomsnittlig dose 3,1 Gy) var det en merkbar økning i andelen ondartede svulster i strukturen av dødsårsaker, men gjennomsnittsalderen deres var 65 år.»
"Problemer med kjernefysisk arv og måter å løse dem på." — Under hovedredaksjonen av E.V. Evstratova, A.M. Agapova, N.P. Laverova, L.A. Bolshova, I.I. Linge. — 2012 — 356 s. - T1. (nedlasting)
7. «...omfattende forskning som involverer omtrent 100 000 overlevende fra atombombene i Hiroshima og Nagasaki i 1945 har vist at kreft så langt er den eneste årsaken til økt dødelighet i denne befolkningsgruppen.
«Men samtidig er utviklingen av kreft under påvirkning av stråling ikke spesifikk, den kan også være forårsaket av andre naturlige eller menneskeskapte faktorer (røyking, forurensning av luft, vann, produkter med kjemikalier, etc.) . Stråling øker bare risikoen som eksisterer uten. For eksempel mener russiske leger at bidraget fra dårlig ernæring til utviklingen av kreft er 35%, og røyking - 31%. Og bidraget fra stråling, selv ved alvorlig eksponering, er ikke mer enn 10 %."() 
(kilde: "Liquidators. Radiologiske konsekvenser av Tsjernobyl", V. Ivanov, Moskva, 2010 (last ned)
8. «I moderne medisin er strålebehandling en av de tre nøkkelmetodene for behandling av kreft (de to andre er kjemoterapi og tradisjonell kirurgi). På samme tid, basert på alvorlighetsgraden av bivirkninger, er strålebehandling mye lettere å tolerere. I spesielt alvorlige tilfeller kan pasienter få en svært høy totaldose - opptil 6 grays (til tross for at en dose på ca 7-8 grays er dødelig!). Men selv med en så stor dose, når pasienten kommer seg, kommer han ofte tilbake til fullt liv sunn person- selv barn født av tidligere pasienter fra stråleterapiklinikker viser ingen tegn på medfødte genetiske abnormiteter forbundet med stråling.
Hvis du nøye tenker på og veier fakta, så er et slikt fenomen som radiofobi - irrasjonell frykt foran stråling og alt som er forbundet med det, blir det helt ulogisk. Faktisk: folk tror at noe forferdelig har skjedd når dosimeterdisplayet viser minst to ganger den naturlige bakgrunnen - og samtidig går de gjerne til radonkilder for å forbedre helsen, der bakgrunnen kan være ti ganger eller mer høyere . Store doser ioniserende stråling kurerer pasienter med dødelige sykdommer - og samtidig tilskriver en person som ved et uhell utsettes for strålingsfeltet tydelig forverringen av helsen hans (hvis en slik forverring i det hele tatt oppstår) til effekten av stråling." ("Stråling i medisin", Yu.S. Koryakovsky, A.A. Akatov, Moskva, 2009)
Dødelighetsstatistikk viser at hver tredje person i Europa dør av forskjellige typer kreftsykdommer.
En av hovedmetodene for å behandle ondartede svulster er strålebehandling, som er nødvendig for omtrent 70 % av kreftpasientene, mens i Russland bare rundt 25 % av de trengende får det. ()
Basert på alle de akkumulerte dataene kan vi trygt si: problemet med stråling under utforskning av rom er sterkt overdrevet og veien til romutforskning er åpen for menneskeheten.
P.S. Artikkelen ble publisert i profesjonelt magasin«Atomic Strategy», og før det på bladets nettside, ble evaluert av en rekke spesialister. Her er den mest informative kommentaren mottatt der: " Hva er kosmisk stråling. Dette er Solar + Galaktisk stråling. Solen er mange ganger mer intens enn den galaktiske, spesielt under solaktivitet. Det er dette som bestemmer hoveddosen. Dens komponent- og energisammensetning er protoner (90%) og resten er mindre signifikant (elektr., gamma,...). Energien til hovedfraksjonen av protoner er fra keV til 80-90 MeV. (Det er også en høyenergihale, men dette er allerede en brøkdel av en prosent.) Rekkevidden til et 80 MeV proton er ~7 (g/cm^2) eller omtrent 2,5 cm aluminium. De. i den 2,5-3 cm tykke veggen til et romfartøy er de fullstendig absorbert. Selv om protoner genereres i kjernefysiske reaksjoner aluminium produserer nøytroner, men generasjonseffektiviteten er lav. Dermed er doseraten bak skipets hud ganske høy (siden fluks-dose-konverteringskoeffisienten for protoner med de angitte energiene er veldig stor). Og inne i nivået er ganske akseptabelt, selv om det er høyere enn på jorden. En ettertenksom og nitid leser vil umiddelbart spørre sarkastisk – Hva med på flyet? Tross alt er doseraten der mye høyere enn på jorden. Svaret er riktig. Forklaringen er enkel. Høyenergiske sol- og galaktiske protoner og kjerner samhandler med atmosfæriske kjerner (reaksjoner av multippel hadronproduksjon), og forårsaker en hadronkaskade (dusj). Derfor har høydefordelingen av flukstettheten til ioniserende partikler i atmosfæren et maksimum. Det er det samme med elektron-foton-dusjen. Hadroniske og e-g-dusjer utvikles og slukkes i atmosfæren. Atmosfærens tykkelse er ~80-100 g/cm^2 (tilsvarer 200 cm betong eller 50 cm jern.) Og i foringen er det ikke nok stoff til å danne en god dusj. Derfor det tilsynelatende paradokset - jo tykkere skipets beskyttelse, desto høyere dosehastighet inne. Derfor er tynn beskyttelse bedre enn tykk. Men! 2-3 cm beskyttelse er nødvendig (reduserer dosen fra protoner med en størrelsesorden). Nå for tallene. På Mars akkumulerte Curiosity-dosimeteret omtrent 1 Sv på nesten ett år. Årsaken til den ganske høye dosen var at dosimeteret ikke hadde den tynne beskyttelsesskjermen nevnt ovenfor. Men likevel, er 1 Sv mye eller lite? Er det dødelig? Et par av vennene mine, likvidatorer, fikk hver rundt 100 R (selvfølgelig i gamma, og i form av hadroner - et sted rundt 1 Sv). De føler seg bedre enn deg og meg. Ikke deaktivert. Offisiell tilnærming i henhold til forskriftsdokumenter. - Med tillatelse territorielle organer statlig sanitærtilsyn, kan du få den planlagte dosen på 0,2 Sv i løpet av et år. (Det vil si sammenlignbar med 1 Sv). Og det forutsagte nivået av stråling som krever akutt intervensjon er 1 Gy for hele kroppen (dette er den absorberte dosen, omtrent lik 1 Sv i ekvivalent dose.) Og for lungene - 6 Gy. De. for de som fikk en helkroppsdose på mindre enn 1 Sv og ingen inngrep er nødvendig. Så det er ikke så skummelt. Men det er selvfølgelig bedre å ikke motta slike doser. "
En tegneserie om hvordan forskere vil utforske Mars i kampen mot kosmisk stråling.
Den undersøker flere veier for fremtidig forskning for å beskytte astronauter mot stråling, inkludert medikamentell behandling, genteknologi og dvaleteknologi. Forfatterne bemerker også at stråling og aldring dreper kroppen på lignende måter, og foreslår at måter å bekjempe den ene også kan virke mot den andre. En artikkel med kampmotto i tittelen: Viva la radioresistance! ("Long Live Radiation Resistance!") ble publisert i magasinet Oncotarget.
"Renessansen til romutforskning vil sannsynligvis føre til de første menneskelige oppdragene til Mars og det dype rom. Men for å overleve under forhold med økt kosmisk stråling, må folk bli mer motstandsdyktige mot eksterne faktorer. I denne artikkelen foreslår vi en metodikk for å oppnå forbedret radioresistens, stressresistens og aldringsmotstand. Mens vi jobbet med strategien, samlet vi ledende forskere fra Russland, samt fra NASA, European Space Agency, Canadian Radiation Center og mer enn 25 andre sentre rundt om i verden. Radioresistensteknologier vil også være nyttige på jorden, spesielt hvis «bivirkningen» er sunn levetid,» kommenterer Alexander Zhavoronkov, førsteamanuensis ved MIPT.
. " alt="Vi vil sørge for at stråling ikke hindrer menneskeheten i å erobre verdensrommet og kolonisere Mars. Takket være forskere vil vi fly til den røde planeten og ha diskotek og grill der . " src="/sites/default/files/images_custom/2018/03/mars7.png">!}
Vi skal sørge for at stråling ikke hindrer menneskeheten i å erobre verdensrommet og kolonisere Mars. Takket være forskere vil vi fly til den røde planeten og ha diskotek og grilling der .
Rom versus menneske
"I kosmisk skala planeten vår er bare et lite skip, godt beskyttet mot kosmisk stråling. Jordens magnetfelt avleder sol- og galaktisk ladede partikler, og reduserer dermed strålingsnivået på planetens overflate betydelig. Under romflyvninger over lang avstand og kolonisering av planeter med svært svake magnetfelt (for eksempel Mars), vil det ikke være slik beskyttelse, og astronauter og kolonister vil konstant bli utsatt for strømmer av ladede partikler med enorm energi. Faktisk avhenger menneskehetens kosmiske fremtid av hvordan vi overvinner dette problemet, sier Andreyan Osipov, leder for avdelingen for eksperimentell radiobiologi og strålingsmedisin ved Federal Medical Biophysical Center oppkalt etter A. I. Burnazyan, professor ved det russiske vitenskapsakademiet, ansatt i Laboratoriet for utvikling av innovative medisiner ved MIPT.
Mennesket er forsvarsløst mot farene ved verdensrommet: solstråling, galaktiske kosmiske stråler, magnetiske felt, det radioaktive miljøet på Mars, strålingsbelte Jorden, mikrogravitasjon (vektløshet).
Menneskeheten har seriøst rettet blikket mot å kolonisere Mars - SpaceX lover å levere mennesker til den røde planeten allerede i 2024, men noen betydelige problemer er fortsatt ikke løst. En av de viktigste helsefarene for astronauter er således kosmisk stråling. Ioniserende stråling skader biologiske molekyler, spesielt DNA, som fører til ulike lidelser: nervesystemet, kardiovaskulært system og hovedsakelig kreft. Forskere foreslår å slå seg sammen og bruke siste prestasjoner bioteknologi, øke menneskets radiomotstand slik at han kan erobre det store verdensrommet og kolonisere andre planeter.
Menneskelig forsvar
Kroppen har måter å beskytte seg mot DNA-skader og reparere den. Vårt DNA er konstant utsatt for naturlig stråling, samt aktive former oksygen (ROS), som dannes under normal cellulær respirasjon. Men når DNA repareres, spesielt ved alvorlige skader, kan det oppstå feil. Akkumulering av DNA-skader regnes som en av hovedårsakene til aldring, så stråling og aldring er lignende fiender av menneskeheten. Imidlertid kan celler tilpasse seg stråling. Det har vist seg at en liten dose stråling ikke bare kan gjøre ingen skade, men også forberede cellene til å møte høyere doser. Foreløpig tar ikke internasjonale strålevernstandarder hensyn til dette. Nyere forskning tyder på at det er en viss strålingsterskel, under hvilken prinsippet "hard i trening, lett i kamp" gjelder. Forfatterne av artikkelen mener at det er nødvendig å studere mekanismene for radiotilpasning for å ta dem i bruk.
Måter å øke radioresistens på: 1) genterapi, multipleks genteknologi, eksperimentell evolusjon; 2) biobanking, regenerative teknologier, vevs- og organteknologi, indusert cellefornyelse, celleterapi; 3) radiobeskyttere, geroprotektorer, antioksidanter; 4) dvalemodus; 5) deuterert organiske komponenter; 6) medisinsk utvalg av radioresistente personer.
Leder for Laboratory of Genetics of Life Span and Aldring ved MIPT, korresponderende medlem av det russiske vitenskapsakademiet, doktor i biologiske vitenskaper Alexei Moskalev forklarer: "Vår langsiktige forskning på effekten av små doser ioniserende stråling på levetiden til modelldyr viste at små skadevirkninger kan stimulere sine egne beskyttelsessystemer celler og kroppen (DNA-reparasjon, varmesjokkproteiner, fjerning av ikke-levedyktige celler, medfødt immunitet). Men i verdensrommet vil mennesker møte et større og farligere spekter av stråledoser. Vi har samlet en stor database med geroprotektorer. Kunnskapen som er oppnådd tyder på at mange av dem fungerer i henhold til aktiveringsmekanismen reservekapasiteterøker stressmotstanden. Det er sannsynlig at slik stimulering vil hjelpe fremtidige kolonisatorer av verdensrommet.»
Astronautteknikk
Dessuten er radiomotstand forskjellig mellom mennesker: noen er mer motstandsdyktige mot stråling, andre mindre. Medisinsk utvelgelse av radioresistente individer innebærer å ta celleprøver fra potensielle kandidater og en omfattende analyse av radioadaptiviteten til disse cellene. De som er mest motstandsdyktige mot stråling vil fly ut i verdensrommet. I tillegg er det mulig å gjennomføre genomomfattende studier av mennesker som bor i områder med høye nivåer av bakgrunnsstråling eller de som møter ham av yrke. Genomiske forskjeller hos mennesker som er mindre utsatt for kreft og andre strålingsrelaterte sykdommer kan i fremtiden isoleres og "innpodes" i astronauter ved hjelp av moderne metoder genteknologi, for eksempel genomredigering.
Det er flere alternativer for hvilke gener som må introduseres for å øke radioresistens. For det første vil antioksidantgener bidra til å beskytte cellene mot reaktive oksygenarter produsert av stråling. Flere eksperimentelle grupper har allerede forsøkt å redusere følsomheten for stråling med slike transgener. Denne metoden vil imidlertid ikke redde deg fra direkte eksponering for stråling, bare fra indirekte eksponering.
Du kan introdusere gener for proteiner som er ansvarlige for DNA-reparasjon. Slike eksperimenter er allerede utført - noen gener hjalp virkelig, og noen førte til økt genomisk ustabilitet, så dette området venter på ny forskning.
En mer lovende metode er bruken av radiobeskyttende transgener. Mange organismer (som tardigrader) har høy grad radioresistens, og hvis vi finner ut hvilke gener og molekylære mekanismer som ligger bak, kan de oversettes til mennesker ved hjelp av genterapi. For å drepe 50 % av tardigradene, trenger du en stråledose som er 1000 ganger større enn dødelig for mennesker. Nylig ble det oppdaget et protein som antas å være en av faktorene for slik utholdenhet – den såkalte skadedemperen Dsup. I et forsøk med en menneskelig cellelinje viste det seg at introduksjonen av Dsup-genet reduserer skaden med 40 %. Dette gjør genet til en lovende kandidat for å beskytte mennesker mot stråling.
Fighter's First Aid Kit
Medisiner som øker kroppens stråleforsvar kalles «strålebeskyttere». Til dags dato er det bare én FDA-godkjent radiobeskytter. Men de viktigste signalveiene i celler som er involvert i prosessene med senile patologier, er også involvert i responser på stråling. Basert på dette kan geroprotektorer - legemidler som reduserer aldringshastigheten og forlenger forventet levetid - også tjene som radiobeskyttere. I følge databasene Geroprotectors.org og DrugAge er det mer enn 400 potensielle geroprotektorer. Forfatterne mener at det vil være nyttig å vurdere eksisterende legemidler for gero- og strålebeskyttende egenskaper.
Siden ioniserende stråling også virker gjennom reaktive oksygenarter, kan redoksabsorbere, eller, enklere sagt, antioksidanter som glutation, NAD og dets forløper NMN, hjelpe til med å takle stråling. Sistnevnte ser ut til å spille viktig rolle som respons på DNA-skader, og er derfor av stor interesse fra et synspunkt om beskyttelse mot stråling og aldring.
Hypernasjon i dvalemodus
Rett etter lanseringen av de første romflyvningene, den ledende designeren av Sovjet romprogram Sergei Korolev begynte å utvikle et ambisiøst prosjekt for en bemannet flytur til Mars. Ideen hans var å sette mannskapet i en dvaletilstand under lange romreiser. Under dvalemodus bremses alle prosesser i kroppen. Eksperimenter med dyr viser at i denne tilstanden øker motstanden mot ekstreme faktorer: redusert temperatur, dødelige doser stråling, overbelastning og så videre. I USSR ble Mars-prosjektet stengt etter Sergei Korolevs død. Og for tiden jobber European Space Agency med Aurora-prosjektet for flyreiser til Mars og månen, som vurderer muligheten for dvalemodus for astronauter. ESA mener at dvalemodus vil gi større sikkerhet under langvarige automatiserte flyvninger. Hvis vi snakker om fremtidens kolonisering av verdensrommet, er det lettere å transportere og beskytte mot stråling en bank av kryokonserverte kjønnsceller, i stedet for en populasjon av "klare" mennesker. Men dette vil helt klart ikke være i nær fremtid, og kanskje innen den tid vil radiobeskyttelsesmetoder være utviklet nok til at folk ikke er redde for verdensrommet.
Tungt artilleri
Alle organiske forbindelser inneholder karbon-hydrogenbindinger (C-H). Imidlertid er det mulig å syntetisere forbindelser som inneholder deuterium i stedet for hydrogen, en tyngre analog av hydrogen. På grunn av større masse bindinger med deuterium er vanskeligere å bryte. Kroppen er imidlertid laget for å jobbe med hydrogen, så hvis for mye hydrogen erstattes med deuterium, kan det føre til dårlige konsekvenser. Det er vist i ulike organismer at tilsetning av deuterert vann øker levetiden og har anti-krefteffekter, men mer enn 20 % deuterert vann i kosten begynner å ha giftig effekt. Forfatterne av artikkelen mener at prekliniske studier bør gjennomføres og en sikkerhetsterskel bør søkes.
Et interessant alternativ er å erstatte ikke hydrogen, men karbon med en tyngre analog. 13 C er bare 8 % tyngre enn 12 C, mens deuterium er 100 % tyngre enn hydrogen – slike endringer vil være mindre kritiske for kroppen. Denne metoden vil imidlertid ikke beskytte mot å bryte N-H- og O-H-bindingene som holder DNA-baser sammen. I tillegg er produksjonen av 13 C i dag svært kostbar. Men hvis produksjonskostnadene kan reduseres, kan karbonerstatning gi ytterligere menneskelig beskyttelse mot kosmisk stråling.
"Problem strålesikkerhet deltakere romoppdrag hører veldig til klassen komplekse problemer, som ikke kan løses innen én vitenskapelig senter eller til og med et helt land. Det er av denne grunn at vi bestemte oss for å samle spesialister fra ledende sentre i Russland og rundt om i verden for å lære og konsolidere deres visjon om måter å løse dette problemet på. Spesielt blant de russiske forfatterne av artikkelen er det forskere fra FMBC oppkalt etter. A.I. Burnazyan, Institutt for biomedisinske problemer ved det russiske vitenskapsakademiet, MIPT og andre verdensberømte institusjoner. Under arbeidet med prosjektet møtte mange av deltakerne hverandre for første gang og planlegger nå å fortsette den felles forskningen de hadde begynt, avslutter prosjektkoordinator Ivan Ozerov, radiobiolog, leder for gruppen for analyse av cellulære signalveier. hos Skolkovo-startupen Insilico.
Designer Elena Khavina, MIPT pressetjeneste
Teksten som presenteres nedenfor bør betraktes som forfatterens personlige mening. Nei klassifisert informasjon(eller tilgang til det) han ikke har. Alt som presenteres er fakta fra åpne kilder pluss litt sunn fornuft ("sofaanalyse", hvis du vil).
Science fiction - alle disse blastere og "pew-pew" inn verdensrommet på bittesmå enkeltseters jagerfly - har lært menneskeheten å alvorlig overvurdere universets velvilje overfor varme proteinorganismer. Dette er spesielt tydelig når science fiction-forfattere beskriver reiser til andre planeter. Dessverre, utforskningen av "virkelig rom" i stedet for de vanlige flere hundre "kames" under beskyttelse av jordens magnetfelt vil være en vanskeligere oppgave enn det så ut til for en gjennomsnittlig person for bare et tiår siden.
Så her er hovedpoenget mitt. Det psykologiske klimaet og konfliktene i mannskapet er langt fra hovedproblemene folk vil møte når de organiserer bemannede flyreiser til Mars.
Hovedproblemet med en person som reiser utenfor jordens magnetosfære- et problem med stor "P".
Hva er kosmisk stråling og hvorfor vi ikke dør av den på jorden
Ioniserende stråling i verdensrommet (utover de få hundre kilometerne med rom nær jorden som mennesker faktisk har mestret) består av to deler.
Stråling fra solen. Dette er først og fremst " solrik vind» - en strøm av partikler som konstant "blåser" i alle retninger fra stjernen og som er ekstremt bra for fremtidige romseilskip, fordi den vil tillate dem å akselerere riktig for å reise utover solsystemet. Men for levende vesener er hoveddelen av denne vinden ikke spesielt nyttig. Det er flott at vi er beskyttet mot hard stråling av et tykt lag av atmosfæren, ionosfæren (den der ozonhull), og også det kraftige magnetfeltet til jorden.
I tillegg til vinden, som sprer seg mer eller mindre jevnt, skyter stjernen vår også med jevne mellomrom såkalte solflammer. Sistnevnte er utstøting av koronal materie fra solen. De er så alvorlige at de fra tid til annen fører til problemer for mennesker og teknologi selv på jorden, der det morsomste, jeg gjentar, er godt skjermet.
Så vi har atmosfæren og magnetfeltet til planeten. I allerede ganske nært rom, i en avstand på ti eller to tusen kilometer fra jorden, solflamme(selv en svak en, bare et par Hiroshimaer), en gang i skipet, vil garantert deaktivere den levende fyllingen uten den minste sjanse for å overleve. Vi har absolutt ingenting i veien for dette i dag - på det nåværende utviklingsnivået av teknologier og materialer. Av dette og bare av denne grunn, vil menneskeheten måtte utsette den måneder lange reisen til Mars til vi løser dette problemet i det minste delvis. Du må også planlegge det i perioder med roligste sol og be mye til alle de tekniske gudene.
Kosmiske stråler. Disse allestedsnærværende skurke tingene bærer en enorm mengde energi (mer enn LHC kan pumpe inn i en partikkel). De kommer fra andre deler av galaksen vår. Når en slik stråle kommer inn i skjoldet til jordens atmosfære, samhandler den med atomene og brytes ned i dusinvis av mindre energiske partikler, som fosser inn i strømmer av enda mindre energiske (men også farlige), og som et resultat er all denne prakten. kastet som strålingsregn på overflaten av planeten. Omtrent 15 % av bakgrunnsstrålingen på jorden kommer fra besøkende fra verdensrommet. Jo høyere du bor over havet, jo høyere dose får du i løpet av livet. Og dette skjer hele døgnet.
Som en skoleøvelse, prøv å forestille deg hva som vil skje med et romskip og dets "levende innhold" hvis de blir direkte truffet av en slik stråle et sted i verdensrommet. La meg minne deg på at flyturen til Mars vil ta flere måneder, et heftig skip må bygges for dette, og sannsynligheten for "kontakten" beskrevet ovenfor (eller mer enn én) er ganske høy. Dessverre er det rett og slett umulig å ignorere det under lange flyvninger med et levende mannskap.
Hva annet?
I tillegg til strålingen som når jorden fra solen, er det også solstråling, som planetens magnetosfære frastøter, slipper ikke inn, og, viktigst av alt, akkumuleres*. Møt leserne. Dette er jordens strålingsbelte (ERB). Det er også kjent som Van Allen-beltet, som det kalles i utlandet. Astronautene må overvinne det, som de sier, "i full fart", for ikke å motta en dødelig dose stråling på bare noen få timer. Gjentatt kontakt med dette beltet - hvis vi, i motsetning til sunn fornuft, bestemmer oss for å returnere astronauter fra Mars til Jorden - kan lett gjøre dem ferdige.
*En betydelig andel av Van Allen-beltepartikler oppnår farlige hastigheter allerede i selve beltet. Det vil si at det ikke bare beskytter oss mot stråling fra utsiden, men forsterker også denne akkumulerte strålingen.
Så langt har vi snakket om verdensrommet. Men vi må ikke glemme at Mars (i motsetning til Jorden) nesten ikke har noe magnetfelt**, og atmosfæren er tynn og tynn, så å bli utsatt for disse negative faktorer mennesker vil ikke bare være på flukt.
**Ok, det er litt- nær sørpolen.
Derav konklusjonen. Fremtidige kolonister vil mest sannsynlig ikke leve på overflaten av planeten (som vi ble vist i den episke filmen "Mission to Mars"), men innerst inne. under den.
Hva burde jeg gjøre?
Først av alt, tilsynelatende, husk ikke illusjoner om at alle disse problemene vil bli løst raskt (innen et dusin eller to eller tre år). For å unngå døden til mannskapet fra strålingssykdom, vi må enten ikke sende ham dit i det hele tatt og utforske verdensrommet ved hjelp av smarte maskiner (forresten, ikke den dummeste avgjørelsen), eller så må vi jobbe veldig hardt, for hvis jeg har rett, så sender vi folk til Mars med opprettelsen av en permanent koloni er det en oppgave for ett land (til og med USA, til og med Russland, til og med Kina) i det neste halve århundre, eller enda lenger, er helt uutholdelig. Ett skip for et slikt oppdrag vil koste et beløp tilsvarende bygging og fullt vedlikehold av et par ISS (se nedenfor).
Og ja, jeg glemte å si: pionerene på Mars vil åpenbart være «selvmordsbombere», siden vi mest sannsynlig vil være i stand til å gi dem verken en returreise eller et langt og behagelig liv på Mars i det neste halve århundret.
Hvordan kunne et oppdrag til Mars teoretisk sett ut hvis vi hadde alle ressursene og teknologiene til den gamle jorda? Sammenlign det som er beskrevet nedenfor med det du så i kultfilm"Marsboer".
Oppdrag til Mars. Betinget realistisk versjon
For det første, menneskeheten vil måtte jobbe hardt og bygge et romskip på størrelse med syklopen med kraftig anti-strålingsbeskyttelse, som delvis kan kompensere for den helvetes strålingsbelastningen på mannskapet utenfor jordens magnetfelt og sikre levering av mer eller mindre levende kolonister til Mars - en vei.
Hvordan kan et slikt skip se ut?
Dette er en heftig koloss på titalls (eller enda bedre hundrevis) meter i diameter, utstyrt med sin egen magnetfelt(superledende elektromagneter) og energikilder for å opprettholde den ( atomreaktorer). De enorme dimensjonene til strukturen gjør det mulig å fylle den fra innsiden med strålingsabsorberende materialer (det kan for eksempel være blyholdig skumplast eller forseglede beholdere med enkelt eller "tungt" vann), som må transporteres i bane i flere tiår (!) og montert rundt en relativt liten livstøttekapsel, hvor vi så skal plassere astronautene.
I tillegg til størrelsen og høye kostnader, må Mars-skipet være forbasket pålitelig og, viktigst av alt, helt autonomt når det gjelder kontroll. For å levere mannskapet i live, ville det tryggeste å gjøre å legge dem i kunstig koma og avkjøle dem litt (bare et par grader) for å bremse metabolske prosesser. I denne tilstanden vil mennesker a) være mindre følsomme for stråling, b) okkupere mindre plass og det er billigere å skjerme dem fra samme stråling.
I tillegg til skipet trenger vi åpenbart kunstig intelligens som trygt kan levere skipet inn i Mars-bane, losse kolonistene på overflaten uten å skade verken seg selv eller lasten i prosessen, og deretter, uten deltakelse fra folk, returnere astronauter til bevissthet (allerede på Mars). Vi har ikke slike teknologier ennå, men det er et visst håp om at slik AI, og viktigst av alt de politiske og økonomiske ressursene for å bygge det beskrevne skipet, vil dukke opp i landet vårt, for eksempel nærmere midten av århundret.
Den gode nyheten er at Mars-"fergen" for kolonister kan være gjenbrukbar. Han må reise som en skyttel mellom Jorden og den endelige destinasjonen, og levere forsendelser med «levende last» til kolonien for å erstatte mennesker som har falt fra «av naturlige årsaker». For å levere "ikke-levende" last (mat, vann, luft og utstyr) er det ikke særlig behov for strålebeskyttelse, så det er ikke nødvendig å lage et superskip om til en marsbil. Det trengs utelukkende for levering av kolonister og eventuelt plantefrø / unge husdyr.
For det andre, det er nødvendig å sende utstyr og forsyninger av vann, mat og oksygen til Mars på forhånd for et mannskap på 6-12 personer i 12-15 år (med tanke på all force majeure). Dette i seg selv er et ikke-trivielt problem, men la oss anta at vi ikke er begrenset i ressurser for å løse det. La oss anta at krigene og politiske omveltningene på jorden har avtatt, og hele planeten jobber unisont for marsoppdraget.
Utstyret som kastes til Mars, som du burde ha gjettet, er en fullstendig autonom robot med kunstig intelligens og drevet av kompakte atomreaktorer. De må metodisk, i løpet av ti til ett og et halvt år, først grave en dyp tunnel under overflaten av den røde planeten. Så - om noen år til - et lite nettverk av tunneler, som livstøtteenheter og forsyninger til en fremtidig ekspedisjon må dras inn i, og så vil alt dette hermetisk settes sammen til en autonom sub-Mars-landsby.
En metrolignende bolig ser ut til å være den optimale løsningen av to grunner. For det første beskytter den astronauter mot kosmiske stråler som allerede er på Mars selv. For det andre, på grunn av den gjenværende "marsotermiske" aktiviteten til planetens undergrunn, er det en grad eller to varmere enn utenfor. Dette vil være nyttig for kolonistene både for å spare energi og for å dyrke poteter på deres egen avføring.
La oss avklare viktig poeng: du må bygge en koloni på den sørlige halvkule, hvor det fortsatt er et gjenværende magnetfelt på planeten.
Ideelt sett trenger ikke astronauter å gå til overflaten i det hele tatt (de vil enten ikke se Mars "live" i det hele tatt, eller de vil se den en gang - under landing). Alt arbeidet på overflaten vil måtte utføres av roboter, hvis handlinger kolonistene vil måtte styre fra bunkeren gjennom deres korte liv (tjue år under en heldig kombinasjon av omstendigheter).
Tredje, vi må snakke om selve mannskapet og metodene for å velge det.
Det ideelle opplegget for sistnevnte ville være å søke hele jorden etter... genetisk identiske (monozygotiske) tvillinger, hvorav den ene nettopp har blitt en organdonor (for eksempel etter å ha "heldigvis" vært i en bilulykke). Det høres ekstremt kynisk ut, men ikke la det stoppe deg fra å lese teksten til slutten.
Hva gir en donor-tvilling oss?
En død tvilling gir broren (eller søsteren) muligheten til å bli en ideell kolonist på Mars. Faktum er at den røde benmargen til den første, som leveres til den røde planeten i en beholder som er i tillegg beskyttet mot stråling, kan overføres til astronauttvillingen. Dette øker sjansene for hans overlevelse fra strålingssyke, akutt leukemi og andre problemer som med stor sannsynlighet vil skje med kolonisten i løpet av oppdragets år.
Så, hvordan ser screeningsprosessen for fremtidige kolonister ut?
Vi velger ut flere millioner tvillinger. Vi venter til noe skjer med en av dem og gir et tilbud til den som gjenstår. En pool på for eksempel hundre tusen potensielle kandidater rekrutteres. Nå innenfor denne puljen gjennomfører vi det endelige utvalget for psykologisk kompatibilitet og faglig egnethet.
Naturligvis, for å utvide prøven, må astronauter velges over hele jorden, og ikke i ett eller to land.
Selvfølgelig vil noe teknologi for å identifisere kandidater som er spesielt motstandsdyktige mot stråling være til stor hjelp. Det er kjent at noen mennesker er mye mer motstandsdyktige mot stråling enn andre. Det kan sikkert identifiseres ved hjelp av noen genetiske markører. Hvis vi kompletterer ideen med tvillinger med denne metoden, bør de sammen øke overlevelsesraten til Mars-kolonister betydelig.
I tillegg ville det være nyttig å lære hvordan man transfunderer benmarg til mennesker med null tyngdekraft. Dette er ikke det eneste som må oppfinnes spesifikt for dette prosjektet, men heldigvis har vi fortsatt tid, og ISS henger fortsatt i jordens bane som om det var spesielt for å teste slike teknologier.
PS. Jeg må spesifikt ta forbehold om at jeg ikke er en prinsipiell motstander av romfart og tror at før eller siden «vil rommet være vårt». Det eneste spørsmålet er prisen på denne suksessen, samt tiden menneskeheten vil bruke på å utvikle seg nødvendige teknologier. Jeg tror under påvirkning science fiction og populærkultur, mange av oss er ganske uforsiktige når det gjelder å forstå vanskelighetene som må overvinnes langs denne veien. For å gjøre denne delen litt mer nøkternt« kosmooptimister» og denne teksten ble skrevet.
I deler vil jeg fortelle deg hvilke andre alternativer vi har angående menneskelig romutforskning på lang sikt.