Na ovoj slici može se činiti nestvaran, pakleni sjaj koji dolazi s Mjeseca, jer je našim očima nevidljiv. Ali instrumenti koji otkrivaju gama zrake govore nam da je to stvarno. Više od zrnate, crvene slike, živopisni podsjetnik da se događa više nego što se susreće s ljudskim očima.
To je također podsjetnik da bilo koji čovjek koji posjeti Mjesec mora biti zaštićen od ovog visokoenergetskog zračenja.
Od kozmičkih zraka do gama zraka
NASA-in svemirski teleskop Gammi-Ray snimio je ove slike Mjesečevih gama zraka. U ovom dijelu elektromagnetskog spektra, Mjesec je zapravo svjetliji od Sunca. To je zato što Sunce proizvodi većinu svoje energije u drugim dijelovima spektra, iako emitira neke gama zrake, posebno za vrijeme sunčevih bljeskova.
Većina gama zraka u našem Sunčevom sustavu dolazi iz dalekih izvora poput kvazara i aktivnih galaktičkih jezgara (AGN.). Mjesec je neizravni izvor gama zračenja i proizvodi gama zrake svojom interakcijom s kozmičkim zrakama.
Kozmičke zrake su vrsta visokoenergetskog zračenja koja se najvećim dijelom proizvodi izvan našeg Sunčevog sustava. Proizvedene su od stvari poput supernova i aktivnih galaktičkih jezgara. Kad kozmičke zrake pogode materiju, poput površine Mjeseca u ovom slučaju, one stvaraju gama zrake.
Dvoje znanstvenika s talijanskog Nacionalnog instituta za nuklearnu fiziku, Mario Nicola Mazziotta i Francesco Loparco, proučavali su Mjesečevo gama zračenje kao sredstvo za razumijevanje kozmičkih zraka. Kozmičke zrake su čestice koje se brzo kreću, a ubrzanje dobivaju iz svojih izvora, poput gore spomenutih supernova i AGN-a.
"Kozmičke zrake su uglavnom protoni ubrzani nekim od najenergičnijih fenomena u svemiru, poput eksplozivnih valova eksplodirajućih zvijezda i mlaznica proizvedenih kada materija padne u crne rupe", objasnio je Mazziotta u NASA-inoj izjavi za medije.
Čestice koje čine kozmičke zrake su električno nabijene. Kad udaraju u magnetsko polje, poput Zemljine magnetosfere, uglavnom se odbijaju. Ali Mjesecu nedostaje magnetsko polje. Kao rezultat, čak i najslabije kozmičke zrake izravno udaraju na Mjesečevu površinu, a to stvara gama zrake. Mjesec zapravo apsorbira većinu gama zraka koje stvara, ali neki bježe u svemir.
A Fermi teleskop može ih vidjeti, pretvorivši Mjesec u neku vrstu nehotice detektor čestica.
Svemirski teleskop Fermi Gamma-Ray (FGRST) radi već 11 godina. Mazziotta i Loparco proučavali su slike Mjeseca s duljine misije teleskopa, a tijekom vremena pogled se poboljšao.
"... Mjesec nikada ne bi prolazio kroz svoj mjesečni ciklus faza i uvijek bi izgledao punim."
Francesco Loparco, talijanski Nacionalni institut za nuklearnu fiziku.
Snaga Mjesečevih gama zraka nije uvijek konzistentna. Vremenom se mijenja. Mazziotta i Loparco prikupili su podatke Mjesečevih gama zraka koje su premašile 31 milijun voltona elektrona, što je 10 milijuna puta jače od vidljive svjetlosti, i organizirali ih s vremenom. To je rezultiralo sljedećom slikom, koja pokazuje da se pogled vremenom poboljšavao.
"Gledano u tim energijama, Mjesec nikada ne bi prolazio kroz svoj mjesečni ciklus faza i uvijek bi izgledao punim", rekao je Loparco.
Činjenica da Mjesec emitira ove gama zrake upozorava. NASA-in program Artemis vidjet će više astronauta na Mjesecu potencijalno duža razdoblja od ostalih misija na Mjesecu. Morat će ih zaštititi i od kozmičkih zraka koje napadaju Mjesec, i od Mjesečevih gama zraka koje dobivaju rezultat.
Složena interakcija
Međusobna interakcija kozmičkih zraka, gama zraka, Mjeseca i Sunca može biti složena. Gama zrake mogu imati različitu razinu energije. Primjerice, ove FGRST slike bilježe samo gama zrake koje su premašile 31 milion elektrona (MeV) za određenu količinu. Ali gama zrake mogu biti daleko energičnije od toga i mogu biti u milijardama ili čak bilionima MeV-a.
Budući da električni naboj kozmičkih zraka znači da se oni mogu odbiti magnetskim poljem, a Sunce ima moćno magnetsko polje, samo najsnažniji mogu udariti Sunce. Zauzvrat, ove snažne kozmičke zrake udaraju u gusti dio Sunčeve atmosfere i stvaraju vrlo snažne gama zrake. Dakle, Sunce je zapravo svjetlije od gama zraka iznad 1 milijarde elektrona volti od Mjeseca.
Sunčev 11-godišnji ciklus također utječe na kozmičke zrake koje udaraju na Mjesec i na gama zrake koje rezultiraju. Tijekom tog ciklusa Sunce doživljava varijacije u svom magnetskom polju. Kao rezultat toga, ponekad više kozmičkih zraka udara na Mjesec nego u drugim vremenima. Ova varijabilnost u kozmičkim zrakama koje udaraju na površinu Mjeseca stvara varijabilnost u mjesečevim gama zracima. Prema podacima Fermija, može varirati za 20%.
Gama zrake koje dolaze s Mjeseca i kozmičke zrake koje ih uzrokuju oboje predstavljaju prijetnju astronautima jer obje ionizirajuće zračenje imaju veliku prodornu snagu. Potrebno je puno oklopa kako bi se spriječilo da napadnu astronaute. Materijali s velikim brojem atoma učinkoviti su štitnici. Olovo (atomski broj 82) je dobar štit jer je također vrlo gust.
Za gama zrake niže energije rizik za astronaute je posljedica izlaganja tijekom vremena. Pomislite na rendgenskog tehničara nasuprot x-ray pacijenta. Pacijentova izloženost rendgenskim zrakama nije veoma visoka, pa pacijent prihvaća rizik. Za tehničara su stvari ipak drugačije. Izloženi su svakog radnog dana, pa napuštaju sobu i zaštićeni su od rendgenskih zraka materijalima poput olova.
Slično je i za astronaute. Što više vremena provode na Mjesecu u okruženju gama / kozmičkih zraka, više im je potrebno da ograniče svoju izloženost. Ne samo oklopom, već i tajmingom.
Pokušavajući razumjeti Mjesečevo zračenje
Podaci svemirskog teleskopa Fermi gama-Ray pomažu znanstvenicima da razumiju rizik gama-zraka / kozmičkih zraka na Mjesecu. Ako postoje slučajevi kad Mjesec emitira 20% manje gama zračenja zbog Sunčevog 11-godišnjeg ciklusa, tada bi moglo biti razumno iskoristiti to vrijeme.
Izloženost zračenju jedna je od glavnih prepreka putovanju u svemir i dugoročnim svemirskim misijama. Zemljina magnetosfera i atmosfera su oba zračenja. Ali čak i u Zemljinoj orbiti niske zemlje, astronauti riskiraju izlaganje većem zračenju.
Ako ćemo na Mjesecu imati ljudsko prisustvo, neophodno je da razumijemo radijacijsko okruženje tamo. NASA je gledala u okruženje mjesečevog zračenja još 2005. godine u očekivanju ljudske ispostave na Mjesecu. Kada su 2009. lansirali Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), na njemu se nalazio instrument nazvan Kozmički zračni teleskop za efekte zračenja (CRATER).
CRATER-ov je posao karakterizirati Mjesečevo zračenje i biološki utjecaj koji će imati na astronaute. Koristi plastiku za oponašanje ljudskog tkiva i stavlja ih iza različitih zaštitnih materijala. Tada je Harlan Spence, glavni istraživač CRaTER, rekao: „Ne samo da ćemo mjeriti zračenje, koristit ćemo plastiku koja oponaša ljudsko tkivo da bismo vidjeli kako ove visokoenergetske čestice prodiru i komuniciraju s ljudskim tijelom.“
Fermijeve slike Mjesečeve gama zrake još su jedan dio zagonetke. A to je zagonetka koja se mora riješiti prije nego što postoji realna nada u dugoročnu lunarnu bazu ili posadu na Mars.
Više:
- Priopćenje za javnost: Mjesec svijetli sjajnije od sunca u slikama NASA-inog Fermija
- NASA: Svemirski teleskop Fermi Gamma-Ray
- NASA: Obilazak elektromagnetskog spektra: gama zraci
- Priopćenje za javnost: Nasin svemirski teleskop Fermi izoštrava svoju visokoenergetsku viziju
- Priopćenje za javnost: Razumijevanje magnetskog sunca
- NASA: Radioaktivni Mjesec
