За пределами Земли: В поисках нового дома в Солнечной системе

Взрыв сверхновой выбрасывает материю во Вселенную со скоростью, близкой к скорости света. Небольшую часть этих галактических космических лучей составляют тяжелые элементы, формирующиеся в глубине звезд; их называют тяжелыми заряженными частицами (ТЗЧ) высоких энергий, и это в основном углерод, кислород, кремний и железо. Ядро атома железа без электронной оболочки — суперионизатор с положительным зарядом 26, притягивающий электроны атомов, мимо которых оно пролетает. Оно способно разрушить молекулы в живых клетках и других материалах. На такой скорости тяжелый ион также наносит незаурядный физический удар, сталкиваясь с другой материей. Наблюдались ТЗЧ — отдельные атомные ядра! — с энергией, эквивалентной энергии бейсбольного мяча, брошенного профессионалом.

Эти частицы — те космические чудища, из-за которых Земля оказывается островом, с которого непросто уплыть. Нас защищает атмосфера — над нашей головой содержится эквивалент десяти метров воды, которых достаточно для того, чтобы поглотить удар. Количество материала, необходимого, чтобы остановить эти тяжелые частицы, четко определяется физикой, и более простого пути нет. Лучше всего подходит водород, по этому так эффективны H₂O и полиэтиленовый пластик, в котором на каждый атом углерода приходится два атома водорода. Но необходимые объемы защиты исключают практичность любого космического аппарата в обозримом будущем. Два метра воды блокируют около половины галактических космических лучей, а кубический метр воды весит 1000 кг.

Поначалу казалось, что солнечная радиация гораздо опаснее для астронавтов, поскольку около Земли ее намного больше. В августе 1972 г., когда «Аполлон-16» уже вернулся на Землю, а «Аполлон-17» готовился к отлету, мощная солнечная вспышка ударила по поверхности Луны протонной бурей невиданной интенсивности. Будь там астронавты, они получили бы смертельную дозу облучения. Внутри орбитального командного модуля они бы пережили бурю, частично защищенные алюминиевыми стенками капсулы, получив дозу, способную вызвать лучевую болезнь с рвотой, утомлением и снижением числа красных кровяных клеток, но не смерть. А еще у них бы повысился риск в дальнейшем заболеть раком.

Солнечная буря 1972 г. не только напугала NASA, но и подсказала решение проблемы. Солнечная радиация отчасти предсказуема, ее относительно легко избежать, от нее можно защититься. В новой капсуле NASA «Орион» предусмотрено временное убежище от солнечных бурь — место, в котором астронавты могут спрятаться среди запасного оборудования, воды и пищи, которые блокируют излучение. МКС защищена пластиком и находится на орбите в пределах магнитосферы Земли, отклоняющей большую часть легких частиц, испускаемых Солнцем. Близкая Земля также блокирует излучение со своей стороны.

Обеспокоенность галактическими космическими лучами росла в ходе миссий «Аполлон», когда астронавты подверглись действию ТЗЧ (и вторичного излучения, испускаемого под ударами по космическому аппарату крупных ионов, выбивающих фонтаны атомных частиц). Они видели вспышки света в темноте. Тщательное исследование на МКС, получающей около трети потока ТЗЧ по сравнению с открытым космосом, подтвердило то, что эти вспышки света вызываются пролетом отдельных ионов сквозь зрительные нервы астронавтов.

Лунные экспедиции длились не более 12 дней каждая, и воздействие радиации считалось приемлемым. Но в ходе исследования, проведенного тридцатью годами позже, выяснилось, что у астронавтов, подвергавшихся облучению в космосе, чаще и в более молодом возрасте развивалась катаракта, и чем дольше продолжался полет, тем раньше это происходило. Подобное наблюдалось у переживших атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки, а также у некоторых раковых больных, прошедших радиационную терапию.

Никто не знает, что произойдет с астронавтами вне пределов защитного влияния Земли во время многолетнего полета к Марсу. Пожалуй, Френсис Кусинотта знает об этом больше многих.

Кусинотта (друзья зовут его Фрэнк) пришел в NASA еще студентом в 1983 г. Он работал в Центре управления полетом в марте 1989 г., когда один из шаттлов угодил в солнечную бурю настолько сильную, что она вырубила электричество во всем Квебеке[57]. К Программе исследования человека он подключился в 1997 г. Ранее в своей карьере он работал над экранированием, в том числе над повышением безопасности МКС. Но экранирование не было увлекательной темой исследований. Физика вопроса уже была ясна. Поэтому он обратил свое внимание на галактические космические лучи как угрозу здоровью.