Учёные нашли странный провал в потоке космической радиации рядом с системой Земля-Луна
Китайский посадочный модуль «Чанъэ-4», который находится на обратной стороне Луны, обнаружил странную «полость» в потоке галактических космических лучей между Землёй и её спутником. Это явление возникает, когда два небесных тела выстраиваются определённым образом, что ставит под сомнение прежние представления учёных о равномерности распределения космической радиации в Солнечной системе.
Постоянный и все направленный поток галактических космических лучей, пронизывающих Солнечную систему из межзвёздного пространства, может быть не таким однородным, как считалось ранее. Открытие «полости» в потоке частиц позволяет предположить, что распределение этих лучей не является равномерным, что потенциально открывает новые возможности для освоения космоса. Понимание этого феномена может помочь снизить радиационную опасность, которую представляют собой заряженные частицы, особенно для космонавтов и пилотов, работающих на большой высоте.
Космическое пространство насыщено энергичными частицами, которые выбрасываются в результате различных процессов, таких как взрывы сверхновых и их остатки. В основном эти лучи состоят из протонов, некоторого количества ядер гелия и малой доли тяжелых атомных ядер, и они считаются относительно вездесущими. Галактические космические лучи относятся к ионизирующему излучению, способному повреждать ДНК и увеличивать риск развития рака. К счастью, в основном они поглощаются атмосферой Земли, не достигая поверхности, однако остаются серьёзной угрозой для астронавтов.
Поток галактических космических лучей может меняться в зависимости от активности Солнца: во время солнечного максимума он значительно падает, поскольку усиленный солнечный ветер и магнитная активность отклоняют большую часть частиц. Согласно новому анализу международной группы ученых, не только Солнце способно блокировать эти лучи, но и магнитное поле Земли, хотя Солнце по-прежнему косвенно участвует в этом процессе.
Наблюдения «Чанъэ-4», который с 2019 года использует прибор Lunar Lander Neutron and Dosimetry для мониторинга протонов, ведутся только в лунный день, так как ночью модуль не может работать из-за экстремального холода. Однако именно дневная активность предоставила отличную возможность для измерения влияния земного магнитного поля. Исследователи собрали данные за 31 лунный цикл и искали изменения в потоке протонов по мере движения Луны вокруг Земли.
Они обнаружили, что на одном участке своей орбиты, а именно в предполуденном секторе до местного полудня относительно Солнца, Луна проходит через область, где поток протонов примерно на 20 процентов ниже, чем на остальной части орбиты. Ученые полагают, что это может быть связано с выравниванием межпланетного магнитного поля, которое является частью магнитного поля Солнца, простирающейся далеко в космос. По мере вращения Солнца его магнитное поле скручивается в спираль, известную как спираль Паркера, и когда эта спираль определенным образом выстраивается в системе Земля-Луна, образуется «полость» в космических лучах.
В общем случае движение заряженных частиц в магнитном поле представляет собой винтовую спираль вдоль силовых линий. Когда Луна находится в предполуденном секторе при условиях спирали Паркера, местные линии межпланетного магнитного поля могут выстраиваться так, что соединяют Луну с областью сильного магнитного поля Земли. Следовательно, движение частиц вдоль этих линий, в особенности протонов, о которых идет речь в исследовании, подвержено влиянию мощного магнитного поля нашей планеты. Таким образом, изогнутые линии межпланетного магнитного поля, проходя через космос, в определенном положении наклоняются к Земле и пересекаются с ее магнитным полем, создавая своего рода «тень» для галактических космических лучей. Когда Луна проходит через эту тень, процесс занимает около двух дней, и «Чанъэ-4» регистрирует снижение потока протонов.
Исследователи отмечают, что это открытие может предложить способ минимизировать радиационное облучение космонавтов. Оно дает потенциальную стратегию для планирования миссий, особенно пилотируемых лунных экспедиций и внекорабельной деятельности, так как операции можно будет приурочить к периодам пониженной радиации, чтобы снизить риск облучения. Будущие исследования с расширенными наборами данных могут прояснить пространственную протяженность и поведение этой полости, что позволит глубже понять потенциальные стратегии радиационной защиты не только для системы Земля-Луна, но и для миссий вблизи других магнитоактивных тел в Солнечной системе.
Результаты этого были опубликованы в журнале Science Advances.