Друзья, благодарим вас за голосование по нашему дайджесту, — рассказываем о новом исследовании учёных датского технического университета (DTU) о воздействии космических лучей на образование облаков и в целом, — на климат Земли.

На заглавной картинке вы можете наблюдать «Широкий атмосферный ливень» вследствие бомбардировки высокоэнергичными частицами ГКЛ верхних слоёв атмосферы. Он имеет важное значение для образования облаков и динамики климата Земли.

Источник: DTU Space/scitechdaily.com

Высокоэнергичные заряженные частицы галактических лучей или ГКЛ от вспышек сверхновых звёзд с энергией 100 ГэВ бомбардируют верхние слои атмосферы, производя каскады вторичных частиц (т. н. «широкий атмосферный ливень»), которые ионизируют молекулы воздуха. Ионы помогают образовываться и становиться устойчивыми к испарению аэрозолям (молекулярным кластерам серной кислоты и воды). Их рост приводит к формированию «ядер конденсации облаков» (CNN), — т. н. «зародышей», на которых образуются жидкие капли воды, уже образующие облака.

Активность Солнца регулирует интенсивность потока галактических космических лучей, достигающих верхние слои атмосферы Земли. Когда Солнце спокойно, поток ГКЛ больше, соответственно, больше образуется облаков, и климат Земли становится более прохладным. Если Солнце активно (высокоэнергичные частицы вследствие вспышек на Солнце), интенсивность воздействия потока ГКЛ на Землю снижается, облаков образуется меньше, — мир нагревается.

Впервые, на основе изучения данных прибора CERES на спутниках NASA Terra и Aqua, был количественно оценён эффект воздействия ГКЛ на образование облаков и энергетический баланс планеты. Выяснилось, что Земля поглощает почти 2 Вт/м2 дополнительной энергии в течение следующих 4-6 дней после минимума потока ГКЛ вследствие пика солнечной активности. DTU, совместно с учёными Еврейского университета Иерусалима (HUJI) также подтвердили, что влияние космических лучей наиболее заметно на образование низких «жидких» облаков (сероватые, насыщенные небольшими каплями жидкой воды во взвешенном состоянии) над девственными морями (высокие широты).

Данные учёных DTU позволяют по-новому взглянуть на природу изменения климата нашей планеты. Например, период средневекового потепления около 1000 г. или малый ледниковый период 1300–1900 гг. соответствуют длинным циклам солнечной активности. А движение Солнечной системы и Земли по регионам Галактики с различным количеством вспышек сверхновых может приводить к вариации средней температуры планеты вплоть до 10° C.

Кстати, сульфатный аэрозоль (SO42- и капли метансульфоновой кислоты) также действует как ядро конденсации облаков, CCN. Они частично образуются из диметилсульфида (ДМС), продуцируемого фитопланктоном в открытом океане. Учёные предполагают, что повышение глобальной температуры приведёт и к росту активности фитопланктона и, следовательно, — росту числа ядер CCN. Это, в свою очередь приведёт к росту облачности и понижению температуры. Представляется, что такой природный компенсаторный механизм будет противодействовать изменению климата.

Источники — раз и два

Источник фото

СРОЧНО.

Сегодня в 00:30 до 03:30 президент попросил, чтобы все выключили телефон, сотовый, планшет, и т.д. ... и положить подальше от тела.

Телевидение объявило в новостях. Пожалуйста, скажите вашей семье и друзьям что Сегодня, в 00:30 до 3:30 на нашей планете будет очень высокая радиация. Космические лучи будут проходить близко к Земле.

Поэтому, пожалуйста, выключите свои сотовые телефоны. Не оставляйте устройство близко к телу, он может причинить вам ужасный вред. Проверьте на сайте Google и NASA BBC News. Отправьте это сообщение всем людям, которые для Вас очень дороги!

В первую очередь конечно родным. Позвоните им и скажите, что любите их и скучаете. И хорошо бы встретиться. Запланируйте встречу на выходных или прямо завтра.

Если они в другом городе — купите билеты и сгоняйте в гости на пару дней, черт возьми. Вы за выходные в баре больше потратите, чем съездить повидать родных.

Далеко ехать — отправьте посылку. Конструктор какой-нибудь племяннику. Закажите в интернет-магазине на худой конец. Вам потратить пару тысяч с карточки — ребенку воспоминание на всю жизнь.

Запишитесь на курсы какие-нибудь. Вот прямо сейчас, пока космическими лучами не накрыло. Пойдите в подмастерье к столяру или займитесь машинным обучением. Скорее всего бросите после третьего занятия, но что вы теряете?

Поставьте лайк десяти друзьям. Они пишут, стараются. Оставьте ободряющий комментарий. Даже если их порывы кажутся вам наивными, а их начинания обречены на провал.

Поздравьте с прошедшим днем рождения друзей. Никогда не поздно напомнить человеку, за что вы его цените. И что следите за его успехами.

Выложите свою смешную фотку в соцсетях. Не бойтесь быть смешными — это привлекает. В инстаграме или фейсбуке все такие крутые, успешные, спортивные. Пусть у вас сейчас не лучший период жизни. Через 10 лет именно эти живые фотки будут напоминать, как безудержно вы были счастливы.

Если космические лучи сегодня ночью не убьют все живое, конечно же.

(начало поста — фейковое тревожное объявление, которое ваши родители периодически пересылают друг другу по вотсапу, орфография сохранена)

Специально для тех, кто боится радиации, особенно космической.

Если пугает космическая радиация - не смотрите на северное сияние.

Начнём с американцев - в полёте на Луну они пролетели через радиационные пояса Земли, считали вспышки в голове при попадании тяжелых частиц, работали на поверхности Луны, у которой нет магнитосферы. После этого первый человек на Луне прожил до 82 лет.

Чем опасна радиация и как с ней жить?
В целом - это поток заряженных частиц. Данный поток прошивает тело человека и в случайном порядке повреждают белковые молекулы и ДНК в клетках. Клетки перестают правильно работать и погибают, а органы накопив критический процент таких клеток отказывает.
Доза радиации показывает сколько повреждений в клетках получено.
(Оговорюсь сразу - можно поесть иода-131 или углерода-14, тогда он заменит нормальные изотопы, из которых состоят организмы и будут «фонить» уже внутри молекул)

Поэтому можно получить всю дозу сразу, а можно долго, но по-немногу.

Как пример - ликвидация аварии ЧАЭС.

Но это другая история.


Условно, космическую радиацию для космонавтов можно разделить на 2 части:
- в радиационных поясах планет;
- от космических лучей (галактические, внегалактические и от солнца).

Соответсвенно, это зоны при отлёте от планет с магнитосферой и при межпланетных перелетах.

Начнём с космических лучей.

Кадр из «Звездных войн».

По сути это поток высокоскоростных частиц, образованных при взрывах сверхновых и прочих космических событий. Из всего потока наиболее опасны - это протоны (92%) и электроны (1%), с высокой энергией. Остальное - это ядра гелия (и прочих частиц) и нейтроны, которых там мало.

На самом деле, космические лучи можно даже «увидеть» - если лететь в корабле с тонкой обшивкой, то периодически будут происходить вспышки в глазах (даже закрытых) - предположительно, это протон влетел и разрушил пару клеток/нейронов.

В целом, галактические лучи равномерно распределены в пространстве, поэтому будут лететь в корабль со всех сторон. Защищаться с одной стороны смысла нет.


Теперь, про радиационные пояса планет.

Картинка для общего понимания процессов.

Если упростить процесс - космические лучи (в основном солнечный ветер) попадают в магнитную ловушку земли и формируют относительно устойчивые области с повышенной концентрацией частиц в пространстве.

При этом радиация там всего в 100 раз выше, чем на МКС. Дозу, которые космонавты получают за полгода командировки, в радиационнном поясе, они схватят за 2 дня (это при условии пропорциональной защиты)

Но не так все страшно, как, на первый взгляд, кажется.
Основная характеристика это энергия.

Есть два способа борьбы с космической радиацией:
- активный - летим быстро, чтобы получить норму по излучению, и вылетаем/садимся на планеты в район магнитных полюсов по орбитам с высоким наклонениям (облетая радиационные пояса планет);
- пассивный: это установка «брони» на корабль (увеличение толщины обшивки).

Броня кораблю никогда не помешает, а постепенное совершенствование двигателей будет приводить к сокращению времени полёта.


Как полностью бороться с такими частицами «броней»?
Есть такая характеристика, как пробег протонов и электронов в веществе.
Наиболее оптимальным для экранирования считается алюминий.

Приведу таблицу по эффективной дистанции пробега протонов и электронов.

Теперь, чтобы понять от чего можно защититься в реальности нужно определиться с распределением энергии частиц и тем, какую толщину «брони» можем обеспечить.

Для расчетов возьмем Starship SpaceX и его характеристики с сайта компании:
- масса выводимой на НОО нагрузки 100 тонн (это используем чуть позже);
- габариты отсека - диаметр 9м, длина 18 м.
Используя габариты, получаем цифру площади поверхности жилого отсека - 415 м2.

Если вместо целевой нагрузки, запустить Starship с обшитыми алюминием стенками жилого отсека, то получим (100000 кг / 415 м2 / 2800 кг/м3) 86 мм.
Можно запустить Starship со всем оборудованием, а на орбите вставить панели в жилые отсеки.

При этом Starship - довольно удобный корабль.

Картинка из интернета для понимания степени комфорта.

Смотрим от чего можно защититься броней 8.6 см:
- протоны с энергией до 200 МэВ;
- электроны с энергией до 500 МэВ.

Вот график интенсивности потока в зависимости от энергии частиц.

Как видно, радиационный пояс земли, солнечный ветер, солнечные вспышки и практически все солнечные лучи, становится практически безопасным (остается высокоэнергетическая часть СКЛ), при наличии на борту 100 тонн алюминия для 900 м3 объема.

Возникает проблема с галактическими лучами.

И если возможности защиты заканчиваются на 1 ГэВ, то энергия галактических лучей тут только начинается.

Если в условия колонизации планет и спутников эта проблема решается насыпью грунта в несколько метров, в зависимости от его состава, то защитить корабль уже не получится.

Соответсвенно, эти частицы будут пробивать обшивку насквозь вместе с человеком.
И тут вопрос в их количестве.

Тут я не понимаю, как получается 1 частица в год при 10^-13. По идее, должно быть 3х10^-7, в дальнейшем буду этого придерживаться.
Если вы летали в самолёте, то при большом везении поймали в себя пару высокоэнергетический частиц из средней части графика, либо «осколков» молекул воздуха, которые были ей образованы.

Тут важно заметить, что магнитное поле Земли не может отклонять высокоэнергетические частицы галактических лучей.

Частицу с энергией 10^11 МэВ (10^17 эВ) за полёт до Титана можно уже и не поймать. Начиная с этой энергии вклад в общую дозу радиации практически не учитывается и является делом теории вероятности.

Вероятность попадания частицы с энергией 10^19 МэВ в область головы человека (такая частица проходит раз в год через площадь в 1 км2) за 3-х летний полёт составляет в 0.000054% (примерно 1 к 1 900 000).

Тут важно заметить, энергия частицы, а следовательно и доза будет получена полностью, если частицы остановятся при проходе через тело человека (см. Эффект Брегга). Но даже частица в 1 ГэВ уже прошивает алюминий толщиной в 1,5 метра (по массе брони эквивалентно основному бронепоясу линкора), а это только начальная энергия частиц ГКЛ. Таким образом, лишь малая часть энергии частиц переходит в радиационную дозу, поглощенную человеком.

Чтобы не проделывать отдельную научную работу, для подсчета поглощённых доз, воспользуемся следующей статьей:
Безродных И.П. ИКИ РАН
«Факторы космического пространства, влияющие на исследования и освоения Луны».

Приведу интересующий график.

1 рад = 0.01 Зв
Тут выбран минимум солнечной активности, так как в это время получается максимум галактических лучей.

Стоит заметить, что с увеличением толщины защиты - протоны начинают «выбивать» вторичные частицы, увеличивая радиационное поражение, образуется аналог ШАЛ (широкий атмосферный ливень).

Толщины защитного экрана 86 мм это примерно 24 г/см2. Таким образом, при полете в космическом корабле при максимальном потоке ГКЛ, получим около 10 рад/год или 0.1 Зв/год.

Главный вопрос: сколько «бомбардировок» выдержит человеческое тело?
250 мЗв - предел для ликвидаторов ЧАЭС.
1 Зв - профессиональный предел для космонавтов (официального подтверждения цифры не нашёл).

Получаем, что космонавт сможет летать 10 лет, а обычный человек (турист, рабочий) только 2.5 года, а дальше списание по полученной дозе облучения.

10 лет полетов - это 12 рейсов на Марс и 12 обратно (если длительность по 150 дней).


В итоге:
- для полетов в космосе необходимо снабжать корабли радиационной защитой, минимум в 8 см алюминия для защиты от основной массы солнечных лучей;
- защититься от галактических лучей разумным техническим методом нельзя (либо метры брони, либо искусственное магнитное поле, в разы сильнее земного);
- для снижения получаемой дозы, необходимо увеличивать скорость космических полётов;
- в перспективе нужны медицинские наработки по борьбе с радиацией.


PS:
В посте могут быть неточности в цифрах, но они не меняют принципиальной сути вещей космической радиации и защиты от нее.
Если есть космические радиационные профессионалы, прошу при прочтении не ломать девайсы в порыве гнева, а поправить по сутевой части.

Мурчисонский метеорит, упавший в Австралии несколько десятилетий назад, содержит звёздную пыль, возраст которой превосходит возраст Солнца

Сверхновая в представлении художника

Учёные обнаружили самый старый из когда-либо найденных на Земле материалов внутри космического камня, упавшего в Австралии более полувека назад. Этот метеорит оказался заполненным крохотными гранулами древней звёздной пыли, появившейся за два миллиарда лет до формирования Солнца и нашей солнечной системы – так утверждается в работе, опубликованной в январе 2020 в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

“Досолнечные” гранулы удалось датировать при помощи зонда “Вояджер-1”, собравшего необходимые данные при выходе в межзвёздное пространство в 2012 году. Звёздная пыль стала уникальной капсулой времени из эпохи в нашей галактики, предшествующей возникновению нашей Солнечной системы.

“К такому я никогда не смогу привыкнуть, ведь это так потрясающе”, – сказал ведущий автор работы Филипп Хек, куратор Филдовского музея естественной истории и адъюнкт-профессор Чикагского университета. “Просто взять лежащий в лаборатории камень, извлечь из него минералы и узнать что-либо об истории галактики – потрясающе, что природа дала нам возможность изучать подобные пробы”.

Гранулы имеют размер всего несколько мкм в поперечнике (для сравнения, толщина человеческого волоса составляет 100 мкм). На Землю их принёс Мурчисонский метеорит, большой кусок космического камня, обломки которого упали рядом с городом Мурчисон в Австралии в 1969 году. Падение стало событием в истории города, но местные жители передали большую часть 100-киллограммового камня в Филдовский музей в Чикаго.

“Жители Мурчисона, сельские жители, собрали фрагменты метеорита, понимая, что он важен для науки, и отдали науке большую часть собранного, – сказал Хек. – Без этого не было бы нашего исследования и многих других тоже”.

Гранулы звёздной пыли внутри метеорита сформировались умирающими звёздами миллиарды лет назад. В конце жизненного цикла [некоторые] звёзды начинают сдувать одни из самых тяжёлых элементов наружу, в окружающее пространство, после чего материал охлаждается и формирует пылевые частицы.

“После формирования гранулы она начинает улетать в межзвёздное пространство под давлением излучения звезды, и путешествует по галактике, – пояснил Хек. – В процессе формирования солнечной системы, начавшегося 4,6 млрд лет назад, эта досолнечная пыль комковалась в объекты, из которых затем появились Земля, Солнце, астероиды, кометы – всё, что появилось в Солнечной системе, содержит эти досолнечные гранулы”.

Туманность Яйцо, возможный источник крупных досолнечных гранул карбида кремния, обнаруженных, в частности, в Мурчисонском метеорите. В углу включено изображение пылинки размером 8 мкм

Хотя ранняя Земля была усыпана такими пылинками, такие геологические процессы, как внутренний разогрев, тектоника плит и вулканизм уничтожили их. Однако эти гранулы выживают внутри пяти процентов астероидов и комет, находящихся в нашей Солнечной системе. Множество метеоритов приносило досолнечные гранулы на нашу планеты, хотя Мурчисонский метеорит – единственный, принёсший нам достаточно большие гранулы для того, чтобы можно было определить их возраст.

Порядка 30 лет назад учёные Чикагского университета извлекли эту звёздную пыль, раздробив кусочек метеорита в порошок и используя химические реагенты, измельчили их до крохотных крупинок карбида кремния.

“Нам известны и другие типы досолнечной пыли, однако, карбид кремния – наиболее прочный и долговечный, – сказал Хек. – По прочности он сравним с алмазом. Это, по сути, очень плотный кристалл”.

Учёные уже знали, что возраст гранул превосходит возраст Солнечной системы, но в новом исследовании удалось гораздо более точно оценить их возраст, и чрезвычайно сильно отодвинуть в прошлое оценку даты их появления. В частности, этот прорыв Хеку и коллегам удалось совершить благодаря зонду “Вояджер-1”.

“Теперь у нас есть данные с космического корабля, покинувшего нашу Солнечную систему и измерившего космические лучи за её пределами, – сказал Хек. – И эти лучи являются основой нашего метода датировки”.

Когда эти гранулы летали в межзвёздном пространстве миллиарды лет назад, они постоянно сталкивались с космическими лучами – частицами высоких энергий, заполняющими галактику. Сталкиваясь с гранулами, лучи порождали изотопы неона внутри пылинок.

Этот процесс позволяет учёным оценить возраст гранул, поскольку более старые из них дольше подвергались воздействию космических лучей, и, следовательно, имеют более высокий уровень изотопов неона. Хек с коллегами использовали масс-спектрометр для измерения содержания изотопов неона в гранулах.

“Мы можем использовать данные по космическим лучам, полученные “Вояджером”, и определить, воздействию какого рода космических лучей и с каким уровнем энергии подвергались гранулы миллиарды лет назад, – пояснил Хек. – Ещё 10 лет назад таких данных у нас просто не было”.

Исследователи не только обнаружили, что возраст некоторых гранул составляет около семи миллиардов лет, что делает их самым старым материалом из найденных на нашей планете – они ещё обнаружили, что примерно две трети из изученных гранул имеют возраст от 4,6 до 4,9 млрд лет.

Это намекает на “бэби-бум в процессе формирования звёзд”, сказал Хек. В Млечном Пути, вероятно, перед самым формированием Солнечной системы появилось огромное количество звёзд, которые выгорели и умерли за период порядка 300 млн лет.

И теперь жизнь и смерть этих исчезнувших звёзд записана в гранулах, застрявших в Мурчисонском метеорите, удачно упавшем к нам на Землю. Эти результаты соответствуют теориям о смене у Млечного Пути периодов активного появления и быстрого сгорания звёзд, в отличие от варианта с постепенным их формированием.

Всё это, конечно, поражает воображение, и Хек с коллегами ожидают, что на основе этих досолнечных гранул в будущем можно будет сделать ещё много открытий. Команда планирует продолжать извлекать и датировать звёздную пыль, к тому же теперь они смогут включить в исследование результаты, полученные зондом “Вояджер-2”, вышедшим вслед за своим близнецом в межзвёздное пространство в 2018 году.

“Такого проекта хватит на целую карьеру, но я также обучаю и своих студентов, поэтому надеюсь, что в последующие годы и десятилетия мы получим ещё много данных по возрасту материала”, – сказал Хек.

Источник / Мои переводы