В 1899 году Эрнест Резерфорд экспериментально доказал, что есть три вида радиоактивности. Он назвал их альфа-, бета- и гамма- радиацией.
Установлено, что альфа-излучение — состоит из положительно заряженных ядер гелия, бета-излучение — поток бета-частиц, то есть электронов, а гамма-излучение — ультракороткое электромагнитное излучение (длина волны меньше 100 микрометров).
На Земле большая часть источников радиации являются альфа-радиоактивными, их фон в естественных условиях обычно не представляет угрозы для жизни. А вот извне на нас падают мощные потоки «солнечного ветра» и мощные пучки космических лучей.
Радиационный фон на поверхности Земли составляет 12−15 мкР/час. Это — норма. Откуда на Земле берется излучение?
Радиоактивность есть в глубинах Земли, граниты, имеющие магматическое происхождение, дают около 25 мкР/час.
Из глубин Земли вместе с горячими водами приходит газ радон, обладающий альфа-радиоактивностью. Газ постоянно образуется при радиоактивном распаде ядер урана и Тория.
С радиоактивностью человеческую цивилизацию ознакомили ученые, открыв радиоактивные уран, полоний, радий и другие. Намного большие знания люди получили в 1945 году, после взрывов первых атомных бомб.
Но большая часть населения Земли лично с радиацией не знакома. И мало кто знает, что от космической радиации нас защищает наша планета, ее магнитосфера, радиационные пояса, озоновый слой.
Ведь из космоса на Землю падает постоянный поток разнообразных излучений. Источники космических излучений — Солнце и разнообразные дальние источники.
Космические лучи принято делить на:
- внегалактические;
- галактические;
- солнечный ветер;
- излучение межзвездного пространства.
По своему составу космические лучи содержат 92% протонов, 6% альфа-частиц и по 1% - электронов и ядер более тяжелых элементов.
Солнечный ветер — принятое название солнечного излучения. Ежесекундно солнечный ветер уносит от Солнца до одного миллиона тонн вещества.
Защита Земли от радиации — это ее магнитосфера, область пространства, образуемая вокруг небесного тела, обладающего магнитным полем, когда магнитное поле тела отклоняет падающий поток заряженных частиц. Магнитное поле Земли отклоняет несущийся на нас от Солнца поток излучения и значительную часть других космических лучей.
В состав магнитосферы входят радиационные пояса. Внутренний радиационный пояс находится примерно на высоте 4.000 км, он состоит в основном из протонов высоких энергий, а внешний — на высоте примерно 17.000 км — из высокоэнергетических электронов.
И любые межпланетные станции и американские лунные экспедиции должны преодолеть радиационные пояса. Ученые знают, что интенсивность радиации в этих поясах весьма велика, потому и пилотируемые корабли, и автоматические станции, пересекающие магнитосферу Земли, должны быть надежно защищены от радиации. Считается, что слой алюминия толщиной около 6 мм должен защитить людей и/или научную аппаратуру от радиоактивного воздействия поясов радиации.
Но если вылететь за пределы защиты нашей магнитосферы — появляется значительно большая опасность. Мы не можем предсказать появление вспышек на Солнце, мы не знаем, когда и в каком месте можно встретить космические лучи из глубин галактики.
Ученые давно изучают вспышки на Солнце и их влияние на земную жизнь. Установлено, что 4.11.2003 г. на Солнце была весьма интенсивная вспышка. Если бы земной экипаж в это время был вне защиты атмосферы планеты, космонавты за время вспышки получили бы дозу примерно 8 Рад. Это составляет примерно 80 МЗв, тогда как сейчас принятая годовая норма на Земле составляет 1МЗв/год.
Что будет с экспедицией на Марс, если за 3−5 лет космонавтам придется пережить несколько таких вспышек? Смогут ли они вернуться на Землю живыми?
Очевидно, что нынешняя радиационная защита нашей космической техники совершенно неудовлетворительна для условий дальнего космоса. Если мы хотим осваивать Солнечную систему, нам придется придумать значительно более мощную защиту от радиации для своих кораблей.
Почему нынешняя космонавтика не испытывает этих проблем? Современные космические спутники, а также «Союзы», «Протоны», «Атласы» и МКС, летают в ближнем космосе, под прикрытием магнитосферы Земли и ее радиационных поясов. Хотя и там за годовой полет космонавт набирает дозу излучения намного большую, чем он получил бы на Земле за всю жизнь.
Увы, сделать обитаемые отсеки из толстой стали, покрытой слоем свинца, мы не можем: в таком случае вес отсеков увеличился бы во много раз, не хватило бы мощности ракеты, чтобы вывести их на орбиту. Да и потом, когда станция отлетает свое, на Землю упала бы огромная масса, которая могла бы создать большие проблемы людям, живущим в Тихоокеанском регионе.
Так что высказывание Циолковского о том, что «нельзя вечно жить в колыбели», до обидного верно. Если следовать его метафоре, мы научились вылезать из колыбели, но только совсем недалеко и ненадолго. Даже освоение Солнечной системы — дело далекого будущего.