Между Землей и Луной есть странная «полость», образованная космическими лучами

Фото из открытых источников

Постоянный, всенаправленный поток космических лучей, проходящий через Солнечную систему из галактик за её пределами, возможно, не так однороден, как мы думали.

Согласно данным китайского посадочного аппарата «Чанъэ-4», попавшего на обратную сторону Луны, в потоке космических лучей между Землей и Луной образуется странная «полость», которая появляется, когда эти два небесных тела выстраиваются в определенном порядке. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.

Это открытие предполагает, что галактические космические лучи распределены не так равномерно, как мы предполагали, что, возможно, открывает возможности для исследования космоса, которые могли бы помочь снизить радиационную опасность, представляемую этими заряженными частицами.

Космос может быть очень оживлённым местом, полным всевозможных безумных событий, которые засыпают космос энергичными частицами — такими как взрывы сверхновых и остатки сверхновых, которые беспорядочно выбрасывают космические лучи на высоких скоростях. В основном это протоны, некоторое количество ядер гелия и небольшое количество тяжёлых атомных ядер, и считается, что они встречаются относительно повсеместно.

Они также излучают ионизирующее излучение – знаете, то самое, которое может выбивать электроны из атомов в вашем теле, повреждать ДНК и увеличивать риск мутаций, которые могут привести к раку, – так что, это не очень хорошо.

Галактические космические лучи (ГКЛ) в основном поглощаются атмосферой Земли, прежде чем достигнут поверхности. Однако они представляют собой значительную радиационную опасность для космонавтов и пилотов, работающих на больших высотах, что признается частью их работы и учитывается при проектировании миссий и технологий, которые их поддерживают.

Поток галактических космических лучей (ГКЛ) — то есть интенсивность фонового излучения ГКЛ — может меняться в зависимости от активности Солнца. Во время солнечного максимума он значительно снижается, поскольку усиление солнечного ветра и магнитной активности отклоняет большую часть частиц.

Согласно новому анализу международной группы исследователей, Солнце — не единственный источник, способный блокировать галактические лучевые излучения; магнитное поле Земли также может это делать, но Солнце всё же косвенно участвует в этом процессе.

Эти данные получены с космического аппарата «Чанъэ-4», который с 2019 года находится на обратной стороне Луны и использует прибор «Нейтронная дозиметрия лунного посадочного модуля» (LND) для мониторинга протонов. Он может делать это только в лунное дневное время, когда его местоположение освещается Солнцем, поскольку с наступлением темноты Луна становится слишком холодной для работы посадочного модуля.

Однако эта дневная активность предоставляет прекрасную возможность измерить влияние магнитного поля Земли на поток галактических космических лучей. Исследователи собрали данные за 31 лунный цикл и искали изменения в потоке протонов по мере того, как Луна двигалась вокруг Земли.

Они обнаружили, что в одном участке своей орбиты — предполуденном секторе, до достижения местного полудня относительно Солнца, — Луна испытывает область, где поток протонов примерно на 20 процентов ниже, чем в остальной части орбиты.

Исследователи полагают, что это может быть связано с выравниванием межпланетного магнитного поля, то есть той части магнитного поля Солнца, которая простирается далеко вглубь Солнечной системы.

По мере вращения Солнца его магнитное поле закручивается в спираль, известную как спираль Паркера, и когда она выравнивается с системой Земля-Луна определенным образом, образуется полость, заполненная галактическими космическими лучами.

«В целом, движение заряженных частиц в магнитном поле характеризуется спиральным движением вдоль линий магнитного поля», — пишут исследователи. «Когда Луна находится в предполуденном секторе в условиях спирали Паркера, локальные линии межпланетного магнитного поля могут выстраиваться таким образом, что соединяют Луну с областью сильного магнитного поля Земли. Следовательно, движение частиц вдоль этих силовых линий, в частности протонов, о которых мы сообщаем здесь, подвержено влиянию сильного магнитного поля Земли».

Таким образом, изогнутые линии межпланетного магнитного поля изгибаются в пространстве, наклоняясь в определённом положении к Земле и пересекая планетарное магнитное поле, создавая своего рода «тень» от галактических космических лучей. Когда Луна проходит через эту тень, процесс, занимающий около двух дней, спутник Chang'e 4 фиксирует снижение потока протонов от галактических космических лучей.

По словам исследователей, это открытие может предложить способ минимизировать облучение астронавтов радиацией.

«Это открытие предоставляет потенциальную стратегию для планирования миссий, особенно для пилотируемых лунных миссий и внекорабельной деятельности, поскольку операции можно было бы планировать таким образом, чтобы они совпадали с периодами более низкого уровня радиации, чтобы снизить риск облучения», — пишут исследователи. «Будущие исследования с использованием расширенных наборов данных могли бы дополнительно уточнить пространственные размеры и поведение этой полости, что позволило бы глубже понять потенциальные стратегии радиационной защиты не только для системы Земля-Луна, но и, возможно, для миссий вблизи других намагниченных тел в Солнечной системе».