سيصادف يوم 31 يناير 2021 مرور 50 عامًا على إطلاق أبولو 14. كانت هذه المهمة التاريخية هي الأولى التي بثت إشارة تلفزيونية ملونة من سطح القمر ، وكانت بمثابة عودة بطولية إلى الفضاء لأول رائد فضاء أمريكي ، آلان شيبرد ، الذي اشتهر ضرب كرتين من كرات الجولف من الثرى القمري . في حين لا يمكن المبالغة في أهمية برنامج Apollo 14 وبرنامج Apollo بشكل عام ، فقد أمضى Shepard يومين فقط على سطح القمر. الرقم القياسي لأطول وجود بشري على سطح القمر ، الذي يحتفظ به يوجين سيرنان وهاريسون شميت ، ما يزيد قليلاً عن ثلاثة أيام. تعرض جميع رواد فضاء أبولو لمستويات عالية من الإشعاع على سطح القمر ، ولكن مع هذه الإقامات القصيرة نسبيًا ، كان الخطر مقبولاً.
مع اعتزام برنامج Artemis التابع لوكالة ناسا إطلاق حقبة من السكن البشري على المدى الطويل على سطح القمر ، فإن التعرض المطول للإشعاع المكثف يشكل تهديدًا خطيرًا لصحة رواد الفضاء في المستقبل ورفاهيتهم. تتمثل إحدى الخطوات الأولى في التخفيف من المخاطر في تطوير مجموعة من البيانات تحدد بدقة مستوى وطبيعة الإشعاع المذكور. كشفت الأبحاث المنشورة في سبتمبر بناءً على البيانات التي تم جمعها من تجربة Lunar Lander Neutrons وقياس الجرعات على متن مركبة الهبوط على سطح القمر الروبوتية الصينية Chang’E 4 قياسًا طويل المدى لمستويات الإشعاع على سطح القمر. هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها جمع قياسات موسعة لمستويات الإشعاع على القمر وستساعد في تصميم وحماية الموائل القمرية المستقبلية.
دقة عالية لصورة Chang’E 4 الصينية على سطح القمر مأخوذة من المركبة الجوالة Yutu-2 المرتبطة بها. الائتمان: CNSA
لقد كان من الواضح دائمًا أن الحماية الكبيرة من إشعاع الفضاء ستكون ضرورية لحماية سكان القمر على المدى الطويل من الآثار الصحية الضارة. تتمثل إحدى الخطوات المهمة في تصميم أي من هذه الهياكل في الحصول على فهم متعمق لمستوى التهديد الإشعاعي الموجود بالضبط. البيانات والأبحاث المرتبطة بها من Chang’E 4 رؤية غير مسبوقة في طبيعة بيئة الإشعاع الفضائية الموجودة على القمر. يمكن استخدام القراءات من المركبة الفضائية لتحديد 'معدل الجرعة المكافئة' ، وهو مقياس مرجح بيولوجيًا لجرعة الإشعاع بمرور الوقت. ينتج عن هذا 60 ميكروسيفرت في الساعة. هذا هو أكثر من ضعف مستوى الإشعاع من رواد الفضاء على وجه محطة الفضاء الدولية ، و 5-10 مرات أكثر من الإشعاع في الرحلات الطويلة ، و 200 مرة أكبر من الإشعاع الموجود على سطح الأرض.
منظر بانورامي لسطح القمر من Chang’E 4. Credit: CNSA
هناك نوعان من مصادر الإشعاع الأساسية التي سيتعين على سكان القمر في المستقبل التعامل معها. أولا ، هناك الأشعة الكونية المجرية أو GCRs. تتكون هذه في الغالب من جسيمات مشحونة مثل البروتونات ونواة الهليوم العارية ، مع حوالي 1 ٪ من GCRs تتكون من نوى عناصر أثقل. نظرًا لأن الضرر الناجم عن الجسيمات المشحونة يتناسب مع مربع الشحنة النووية ، فإن هذه العناصر الأثقل يمكن أن تسبب ضررًا كبيرًا غير متناسب للأنسجة البشرية. يأتي هذا الإشعاع من ملايين المصادر المنتشرة في جميع أنحاء السماء وهو ثابت للغاية في مستواه.
التهديد الإشعاعي الثاني هو أحداث الجسيمات الشمسية أو SPEs. كما يوحي الاسم ، هذه نتيجة لأحداث متفرقة على الشمس مثل القذف الكتلي الإكليلي (CMEs) أو التوهجات الشمسية. يعتبر الإشعاع الصادر من SPE أقل قابلية للتنبؤ به من GCRs ، ولكنه يمكن أن يكون مدمرًا للغاية بحيث يتسبب في تلف الأنسجة الحاد من حدث واحد أو التعرض.
رسم توضيحي للحقل المغناطيسي للأرض الذي يتفاعل مع GCRs و SPEs. تنسب إليه:
ناسا / مختبر الدفع النفاث- معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا / SwRI
لا تشكل SPE خطراً على سكان القمر في المستقبل فحسب ، بل يمكنها أيضًا التأثير على الحياة على الأرض. ال عاصفة مغنطيسية أرضية 1989 وانقطاع التيار الكهربائي المرتبط به والذي ترك الملايين في كيبيك وشمال شرق الولايات المتحدة بدون كهرباء هو مثال بارز بشكل خاص لتأثير الانفجارات الشمسية على البشرية. لحسن الحظ ، يحمينا المجال المغناطيسي القوي للأرض من الغالبية العظمى من الجسيمات المشحونة الضارة التي تتدفق علينا من الشمس. هذا ليس هو الحال بالنسبة للقمر ، الذي يفتقر إلى المجال المغناطيسي والغلاف الجوي ، مما يترك أي شخص على سطحه معرضًا للقوة الكاملة للإشعاع الفضائي القادم.
تصوير فنان لتأثير العاصفة المغناطيسية الأرضية عام 1989 على شبكة الكهرباء في أمريكا الشمالية. الائتمان: ناسا
على الرغم من أن GCRs ليس لديها طفرات خطيرة في الشدة التي لوحظت في SPEs ، فقد تم ربط التعرض المزمن لمثل هذه الإشعاعات المؤينة بالتنكسية مرض الجهاز العصبي المركزي و إعتام عدسة العين ، و سرطان . الحماية المناسبة من كلا مصدري الإشعاع أمر بالغ الأهمية لرواد الفضاء لتجنب العواقب الصحية الخطيرة أو حتى الكارثية من الرحلات الاستكشافية إلى القمر.
المصدر الثالث للجسيمات دون الذرية الخطيرة على سطح القمر هو ، بشكل مفاجئ ، القمر نفسه. قد يكون من السهل استبعاد صخرة القمر وغباره الخاملة بشكل أساسي على أنها لا تشكل تهديدًا ، ولكن هذا سيكون بمثابة إشراف رهيب. عندما يصطدم الإشعاع الخارجي من المصادر المجرية والشمس بذرات التربة القمرية ، النيوترونات وأشعة جاما يمكن إطلاقها مسببة تلف أنسجتها. يبلغ عمر النصف للنيوترون الحر ما يزيد قليلاً عن عشر دقائق ، لذلك يجب أن تنشأ هذه الجسيمات غير المستقرة من التفاعلات النووية على سطح القمر لأنها لا تستطيع تحمل أوقات السفر الطويلة من مصادر فضائية بعيدة.
تم الكشف عن أنبوب حمم محتمل على القمر فيما يبدو أنه حفرة ناتجة عن انهيار سقف النفق. الائتمان: ناسا / GSFC / جامعة ولاية أريزونا
من الواضح أن درعًا كبيرًا من هذا الإشعاع يجب أن يكون موجودًا للبشر للبقاء على قيد الحياة على القمر. يبدو أن بناء أماكن المعيشة المحمية بطبقات سميكة من الصخور القمرية هو الحل الأكثر احتمالا لمشكلة الإشعاع الفضائي على القمر. أحد الاحتمالات المقنعة بشكل خاص هو بناء مساحات معيشة داخل الكهوف القمرية. من المعروف أن أنابيب الحمم البركانية الكبيرة والقديمة المجوفة التي خلفتها البراكين القمرية منذ مليارات السنين موجودة على سطح القمر ، وبعضها به فتحات على السطح تشبه الصخور الصخرية للمكسيك. بفضل البحث الذي أجراه Chang’E 4 جزئيًا ، قد نجد الاستكشافات البشرية الأكثر تقدمًا في التاريخ تحتمي في الكهوف الموجودة في عالم آخر ، مثلما احتمى أسلافنا القدامى في الكهوف الأرضية منذ آلاف السنين.
أكثر:
- تقدم العلم: القياسات الأولى لجرعة الإشعاع على سطح القمر