Приоритет отечественной науки по влиянию солнечных вспышек в полетах на Луну и Марс

Александр Матанцев

Показан наш приоритет по исследованиям солнечных вспышек и радиационных зон космическими аппаратами (КА) типа «Космос», «Зонд», «Прогресс», «Протон» и др. Показаны способы выявления солнечных вспышек разных классов Х, М и С и влияние в полетах к Луне и Марсу. Сделаны расчеты при разной толщине защиты. Вычислена доза облучений на разных участках полета к Луне и Марсу, показано, что она смертельна при наличии солнечных вспышек. Можно выжить, создавая радиационные убежища на КА или магнитный кокон.

Введение 4. Результаты исследований излучений советскими спутниками и КА

В результате исследований советскими искусственными спутниками серии «Космос», автоматическими станциями серии «Зонд», космическими станциями серии «Протон», искусственными спутников земли серии «Прогресс», «Метеор», «Молния», АМС серии «Марс» и «Венера», а также советским «Луноходом-1» на поверхности Луны — в период с 1961 по 1972 годы, получены следующие впечатляющие результаты:

— зарегистрировано значительное (превышающее фон примерно в 100 тысяч раз) и продолжительное возрастание интенсивности солнечных корпускулярных потоков в областях полетов к Луне, Марсу и Венере, где отсутствует или минимально магнитное поле, и отсутствует атмосфера; в пересчете на эквивалентную дозу — это облучение порядка 10 — 100 Зв, что абсолютно смертельно; именно поэтому советские ученые выступили с заявлением о невозможности полетов к Луне в тех условиях 60-х и 70-х годов; когда еще не была создана необходимая защита;

— благодаря длительным измерениям с помощью спутников «Космос» определены возможные дозы радиации на высотах около 300 км в зависимости от условий геомагнитной и солнечной активности; на основании этих данных была доказана безопасность в радиационном отношении полетов для МКС и для космических кораблей «Восток» и «Восход»;

— результаты измерений позволили получить детальную картину планетарного распределения радиации и создать первые дозиметрические карты для малых высот внутренней и внешней зон радиационного пояса;

— первым советским спутником, целиком посвященным исследованию этой проблемы, стал «Космос-3», а затем аналогичный ему «Космос-5», датчики спутников могли эффективно регистрировать потоки с энергией от 100 эВ до 10 кэВ и электроны с энергиями от 40 эВ до 50 кэВ;

— кроме корпускулярных датчиков на спутниках были установлены счетчики Гейгера, экранированные свинцом; счетчики регистрировали протоны с энергией, превышающей 50 МэВ, рентгеновское и гамма-излучение с энергией, превышающей 100 кэВ;

— к первой группе относятся протоны внутренней зоны радиации с энергией около 50 МэВ, регистрируемые потоки которых составляли примерно 10⁴ частиц · см^-2 · с^-1;

— вторая группа — электроны с энергией около 100 кэВ, составляющие основную компоненту внутренней и внешней зоны радиационного пояса; их суммарные потоки достигали значений 20 · 10⁷ частиц на см^-2 · с^-1;

— третья группа — электроны средних энергий (около 15 кэВ), заметные интенсивности которых наблюдались лишь выше 500 км и на высоких широтах;

— хотя поток коротковолнового излучения Солнца составляет малую часть общего потока солнечного излучения (весь поток короче 0,3 нм составляет около 1,5% полного потока, а поток излучения, скажем, короче 10 нм — еще в 10⁴—10⁵ раз меньше), оно оказывает существенное влияние на земную атмосферу, вызывает распадение молекул на атомы, фотохимические реакции, ведущие к образованию новых молекул, ионизирует молекулы и атомы; коротковолновое излучение Солнца по существу контролирует состав и плотность верхней атмосферы Земли, ее температурный режим и протяженность, что в свою очередь влияет на приток тепла к нижним слоям атмосферы и уход тепла от Земли, т. е. на климат Земли;

— в области спектра короче 0,3 нм расположены характерные спектральные линии ряда элементов, входящих в состав фотосферы Солнца; более коротковолновое ультрафиолетовое и рентгеновское излучения исходят из хромосферы и короны Солнца.

— выявлены медленные вариации, связанные с 11-летним циклом солнечной активности, более быстрые вариации в масштабе солнечных суток, земных суток и часов и совсем быстрые в масштабе минут и секунд;

— есть многочисленные данные, указывающие на связь многих процессов на Земле с периодическими изменениями солнечной активности, коротковолновое излучение Солнца стало одним из основных объектов экспериментов, выполняемых на спутниках «Космос»;

— одно из самых замечательных проявлений солнечной активности — катастрофические процессы на Солнце, получившие название солнечных вспышек; обнаружено, что иногда в активных областях Солнца, связанных с магнитными пятнами, внезапно, обычно в течение нескольких секунд, сильно возрастает яркость участка поверхности Солнца, достигающего в сильных вспышках размера до 3 · 10⁹ км²; с развитием радиоастрономии было установлено, что эти оптические вспышки, как правило, сопровождаются мощными всплесками радиоизлучения в диапазоне от сантиметровых до дека-метровых волн;

— выяснилось, что оптические и радиовспышки сопровождаются огромным (до нескольких тысяч раз) усилением рентгеновского излучения Солнца, а также появлением очень жесткого излучения вплоть до нескольких сотен килоэлектронвольт; во время вспышек возникают потоки ускоренных частиц — электронов и тяжелых ядер с энергиями от десятков килоэлектронвольт до релятивистских — и выбросы сгустков плазмы;

— оказалось, что вспышки очень сложное, комплексное явление; они оказывают весьма сильное воздействие на Землю; когда до Земли доходит рентгеновское излучение, нарушается состояние ионосферы, возникают провалы радиосвязи и ряд геофизических эффектов;

— за время от одного часа до нескольких десятков часов частицы и плазменные сгустки от солнечных вспышек достигают Земли; частицы несут с собой радиационную опасность для космонавтов; плазменные сгустки нарушают магнитное поле планеты, вызывая магнитные бури;

— продолжительность солнечной вспышки колеблется от нескольких минут до десятков минут, а иногда и часов;

— за время сильной вспышки выделяется энергия до 10³¹—10³² эрг, что эквивалентно энергии 10⁹—10¹⁰ атомных бомб; половина этой энергии выделяется в виде электромагнитной энергии — от жесткого рентгена до декаметрового радиодиапазона, половина — в виде энергии ускоренных частиц;

— объем солнечной радиации, захватываемый сильной вспышкой, составляет до 10²⁹ см³, отсюда следует, что плотность энергии в области вспышки достигает 10³ эрг/см³; однако плотность энергии в хромосфере около 3 эрг/см³, следовательно, вспышки возникают за счет дополнительного источника энергии; этим источником служит энергия магнитного поля в солнечной атмосфере [35];

— как показали исследования академика А. Б. Северного, во время вспышки происходит перестройка локального магнитного поля, которая сопровождается высвобождением некоторого количества магнитной энергии;

— исследования показали, что при спокойном Солнце интенсивность излучения в самом коротковолновом диапазоне 0,15—0,4 нм практически равна нулю и резко возрастает в момент микровсплеска рентгеновского излучения; излучение в диапазоне 0,44—0,65 нм меняется в меньших пределах, излучение же в мягком диапазоне (0,8—1,4 нм) в этих условиях меняется несущественно; возрастание интенсивности происходило почти одновременно в областях 0,15—0,4 и 0,44—0,65 нм;

— измерения по рентгеновскому заходу за лимб высота рентгеновской активной области оказалась равной 20—80 тыс. км и высота рентгеновской вспышки 20—25 тыс. км; область рентгеновской вспышки обычно имела волокнистую структуру с угловым диаметром волокон около 10 угловых секунд, сходную со структурой областей оптических вспышек;

— оптические вспышки располагались как раз над так называемыми активными областями нашего светила с характерными группами пятен, наблюдаемыми с помощью наземных оптических средств; интересно, что в ряде случаев выявлено наличие у одной вспышки двух центров, примерно одинаковых по яркости; расстояние между ними составляло около 6 угловых минут.

— наличие в начальной стадии направленных потоков ускоренных электронов в области вспышки нашло непосредственное экспериментальное подтверждение; при этом поступление ускоренных электронов длится в больших вспышках в течение нескольких минут;

— полученные данные находятся в согласии с развитой С. И. Сыроватским теоретической моделью солнечных вспышек; при перестройке магнитного поля во времени в короне появляется электрическое поле, вызывающее дрейф плазмы, — возникает цилиндрическая ударная волна, сходящаяся к нейтральной линии магнитного поля; начинает течь сильный электрический ток, нагревающий плазму до температуры, близкой к 10 млн. градусов, и возникает интенсивное мягкое рентгеновское излучение; дрейф плазмы влечет за собой появление турбулентности, что сопровождается уменьшением проводимости плазмы — происходит разрыв токового слоя и возникает сильный градиент электрического поля; в результате появляются ускоренные потоки частиц — электронов и протонов;

— в результате полета «Космоса-321» были получены очень интересные и важные сведения о механизмах магнитных бурь в полярных областях; во время особенно интенсивной бури 8—10 марта 1970 г. были измерены эффекты полярных электроструй; эти данные были затем использованы для изучения проводимости земного шара;

— новые перспективы в изучении космических лучей из удаленных областей Вселенной открывает зародившаяся сравнительно недавно гамма-астрономия; если говорить о гамма-лучах с энергиями, большими 50 МэВ, то они могут генерироваться только космическими лучами (ГКЛ);

— интенсивность источников гамма-излучения меняется со временем;

исследованная область неба интересна тем, что расположена в районе полюса Галактики, где источниками гамма-квантов могут быть скорее всего внегалактические объекты;

— наблюдения за интенсивностью аннигиляционного гамма-излучения с энергией 0,511 МэВ проводились на спутнике «Космос-135» в периоды ежегодных метеорных потоков Геминиды, Урсиды и Квадрантиды в зиму 1966/67 г; измерялись интенсивность линии 0,511 МэВ, интенсивность электронов с энергией, большей 1,5 МэВ, и протонов с энергией, большей 27 МэВ;

— сравнение результатов измерений с данными по солнечной и геомагнитной активности и космическим лучам в период наблюдений показало, что периоды с 10 по 20 декабря 1966 г. и с 1 по 15 января 1967 г., которые резко отличаются друг от друга по наблюдаемой интенсивности гамма-квантов с энергией 0,511 МэВ, по солнечной и геомагнитной активности очень сходны;

— проводились исследования, направленные на решение задач обеспечения радиационной безопасности экипажей и оборудования при длительных полетах; главным здесь было экспериментальное изучение нового перспективного вида радиационной защиты от воздействия заряженных частиц — электростатического; он основан на создании и поддержании около защищаемых отсеков электростатического поля, которое отклоняет потоки заряженных частиц и снижает уровень радиации внутри защищаемого объема до допустимых пределов;

подтверждена возможность автономного функционирования электростатической защиты в радиационных поясах Земли [35].

Подведем итоги. Самый впечатляющий, главный результат — это совершенно очевидный приоритет в мире советской науки по изучению ионизирующих излучений, солнечных вспышек, поясов Ван Аллена и космических лучей в период 60-х и 70-х годов.

Второй главный мировой результат, полученный советскими исследованиями — это выявление смертельной радиационной дозы облучения от солнечных вспышек.

Третий главный мировой результат, полученный советскими исследованиями — это получение радиационной дозы облучения менее предельно-допустимой (ПДД) в зонах на высоте от Земли до 300 — 400 км, где летают МКС, «Восток», «Восход».

Четвертый главный мировой результат, полученный советскими исследованиями — это получение радиационной дозы облучения в зонах Ван Аллена — от допустимых до смертельных в зависимости от времени пролета зон и защиты.

Американские исследователи тщательно скрывали результаты своих исследований космоса. Известны лишь в последнее десятилетие отдельные результаты. Например, один из авторитетных сотрудников НАСА Билл Модлин в своей работе «Перспективы межзвездных путешествий» откровенно сообщал: «Солнечные вспышки могут выбрасывать ГэВ протоны в том же энергетическом диапазоне, что и большинство космических частиц, но гораздо более интенсивные. Увеличение их энергии при усиленной радиации представляет особую опасность, поскольку ГэВ протоны проникают сквозь несколько метров защиты [36]. Солнечные (или звездные) вспышки с выбросом протонов — это периодически возникающая очень серьезная опасность в межпланетном пространстве, которая обеспечивает дозу радиации в сотни тысяч рентген за несколько часов на расстоянии от Солнца до Земли. Такая доза является смертельной и в миллионы раз превышает допустимую. Смерть может наступить уже после 500 рентген за короткий промежуток времени». «Космические частицы опасны, они исходят со всех сторон и требуют, как минимум двух метров плотного экрана вокруг любых живых организмов». А ведь космические капсулы, которые по сей день демонстрирует НАСА, имели чуть более 4 м в диаметре. Но, очевидно, ни руководство НАСА, ни посланные им на Луну астронавты книжек своего коллеги не читали и, находясь в блаженном неведении, чудом (вернее, только в сказочных описаниях) преодолели все смертельные дозы по дороге к звездам.

Исследователь Александр Щербаков [36] делает следующий вывод: в человеке очень много воды (H₂O) и если большая доза излучения проникнет в организм, то она может разрушить молекулы воды (например, атом водорода превратился в ион водорода — молекула расформировалась, став HO и ионом H — цепная реакция не заставит себя долго ждать). Разрушение молекулы воды приведет к разрушению всего организма человека.

Итак, мы приходим к такому результату: приоритетные исследования советских ученых по ионизирующим излучениям от солнечных вспышек, космических лучей и радиационных зон Ван Аллена позволили уже в начале 60-х годов, задолго до планируемых запусков Аполлонов, заявить о том, что при существующем тогда уровне защиты КА и астронавтов, полеты к Луне и Марсу невозможны.

Официально было заявлено следующее: «В связи с большим количеством вспышек на Солнце в СССР облёт Луны с людьми в корабле 7К-Л1 с 08.12.1968 и последующие отменены. Запускать корабль 7К-Л1 на ракете Протон к Луне продолжили в беспилотном режиме с биообъектами на борту [5]. Хотя Зонд 7 и Зонд 8 успешно облетели вокруг Луны с биологическими объектами, полётов с людьми не было, так как они могли просто погибнуть из-за вспышек на Солнце». Эта информация опубликована в работе [5] 1 марта 2019 года. Для выявления воздействия солнечных вспышек, в советском автоматическом КА был размещен фантом человека. Наш фантом облетел Луну на аппарате «Зонд-7», в результате были получены данные о распределении доз в теле космонавта и их физические характеристики при полете на трассе Земля — Луна — Земля. Специалисты пришли к выводу: «При отсутствии солнечных вспышек радиация на трассе не страшна».