A tudósok felmérték a sugárzás veszélyét a Marsra való repülés során. A Marson a sugárzás szintje viszonylag alacsony A marsi sugárzás szintje röntgenekben
Amerikai tudósok bemutatták az első részletes jelentést a Mars felszíni sugárzásáról. Ez a Curiosity roverre telepített Radiation Assessment Detector (RAD) által a küldetés első háromszáz napja során gyűjtött adatokon alapult.
A Science folyóiratban megjelent eredmények azt mutatják, hogy a radioaktív sugárzás, bár veszélyt jelent az űrhajósok egészségére, mégsem vet véget az emberes repülési terveknek.
A Marson a sugárzás két okból is sokkal keményebb, mint a Földön. Először is, nincs globális mágneses tér, amely lefedné a földlakókat. Másodszor, a túl vékony légkör kevés védelmet nyújt a napsugárzás ellen, de haszontalan a kozmikus sugarak ellen.
A bolygó felszínét érő radioaktív hatás átlagosan 0,67 millisievert dózisnak felel meg. Ez csaknem háromszor kevesebb, mint az 1,8 millisievert dózis, amelyet a RAD naponta rögzített egy bolygóközi repülés során.
A rover működésének első nyolc hónapja során a RAD egy napkitöréshez kapcsolódó erős sugárzást, valamint három „bemerülést” rögzített, amelyeket a korona kilökődése okozott a bolygóközi térbe, amelyek mágneses árnyékolást biztosítottak a kozmikus sugárzással szemben.
"Továbbra is figyelemmel kísérjük a sugárzási helyzetet a napciklus különböző időszakaiban, és megfigyeljük a nagy napviharok hatásait. Ezek a mérések fontos információkkal szolgálnak számunkra a jövőbeli expedíciók tervezéséhez" - mondta Don Hassler, a dél-afrikai RAD vezető kutatója a NASA sajtótájékoztatóján. - Nyugati Kutatóintézet Boulderben.
Feltételezések szerint a Vörös Bolygó expedíciója 860 napig fog tartani, ebből 180-at mindkét irányban repüléssel töltenek, a földiek pedig további 500 napot töltenek a bolygó felszínén. Emberi repülés közben a sugárdózis csökkenthető használatával.
Szakértők szerint a teljes sugárdózis, amit az űrutazók az egész út során kapnak, körülbelül egy sievert lesz.Az ilyen dózis nem tekinthető halálosnak, de legalább 5%-kal növeli a halálos kimenetelű rákformák kialakulásának kockázatát.
Vegye figyelembe, hogy a NASA amerikai űrügynökség jelenlegi szabályai szerint az ilyen betegségek kockázata az űrhajósok teljes pályafutása során legfeljebb 3% -kal nőhet. A meglévő szabványokat azonban alacsony Föld körüli pályán történő működésre tervezték, és természetesen a nagy hatótávolságú repülésekhez igazítani kell őket.
A NASA jelenleg az Orvostudományi Intézettel (IOM) dolgozik azon, hogy szabályozásokat és korlátozásokat dolgozzon ki más bolygókra, különösen a Marsra irányuló expedíciókra.
Egy új tanulmány – amellett, hogy pusztán gyakorlati jelentőséggel bír a jövőbeli expedíciók szempontjából – rávilágít. A bolygó felszínének sugárzási szintje arra utal, hogy a talaj felső rétegeiben nem tudtak életben maradni a mikrobiális szervezetek, és a meglévő vagy elmúlt életformák jeleit a fúrásokban kell keresni.
A Mars sugárterhelésének kockázata az emberek számára nem olyan nagy, mint azt korábban gondolták, a Curiosity rover (Curiosity) új eredményei arra utalnak, hogy ez már nem akadálya a Vörös bolygóra irányuló hosszú távú, emberes küldetéseknek.
A 180 napos egyirányú utazásból (a Vörös bolygóra vagy vissza a Földre) és 500 napon keresztül magán a Marson eltöltött küldetés eredményeként egy személy összesen 1,01 Sv sugárdózist kap - ez a sugárzásérzékelő rover Radiation Assessment Detector (RAD) által végzett mérések eredménye.
Az Európai Űrügynökség 1 sievertben korlátozta azt a megengedett sugárdózist, amelyet az űrhajósok munkájuk teljes idejére kapnak – miközben a rosszindulatú daganatok kockázata 5%-kal nő.
"Természetesen ez egy elfogadható szám" - mondja Don Hassler, a RAD vezetője, a boulderi Southwestern Research Institute munkatársa, és a tanulmány vezető szerzője, amelynek eredményeit december 9-én tették közzé a Science folyóiratban.
A Marson kapott sugárdózis, 1 sievert, meghaladja a NASA jelenlegi szabványait, amelyek három százalékra korlátozzák az űrhajósok megnövekedett rákkockázatát. Ezeket a határértékeket azonban az alacsony Föld körüli pályán történő repülésekre szánt küldetésekre határozták meg, a közeljövőben felülvizsgálhatják, hogy figyelembe vegyék a távolabbi repüléseket is – mondta Hassler.
"A NASA a Nemzeti Tudományos Akadémia Orvostudományi Intézetével együttműködve felméri, mik lennének az elfogadható határok az olyan mélyűri küldetéseknél, mint a Mars-küldetés" - mondta Hassler.
Az új eredmények az eddigi legteljesebb képet mutatják a sugárzási környezetről a Mars felé vezető úton és a Vörös Bolygó felszínén. Tartalmazzák azokat az adatokat is, amelyeket a RAD a Marsra vezető űrút 8 hónapja alatt, valamint a bolygón 2012 augusztusa óta eltöltött első 300 nap során gyűjtött.
A RAD mérések két különböző típusú energiarészecske-kibocsátást fednek le – a galaktikus kozmikus sugarakat, amelyeket a távoli szupernóva-robbanások hihetetlen sebességre gyorsítanak, és a napenergia-részecskéket, amelyeket a Napon fellépő viharok robbantanak ki az űrbe.
A RAD adatok azt mutatják, hogy a Mars felszínét kutató űrhajósok naponta körülbelül 0,64 millisievert dózist kapnak. A Marsra vezető utazás során a sugárzási szint hozzávetőlegesen háromszorosa lesz – naponta 1,84 millisievert.
Hassler azonban hangsúlyozza, hogy a Mars sugárzási környezete dinamikus, így a Curiosity mérései nem döntőek. Például a RAD-adatokat a 11 éves naptevékenységi ciklus csúcspontjában gyűjtötték, akkor, amikor a galaktikus kozmikus sugarak fluxusa viszonylag alacsony (mivel a napplazma általában szórja a napsugarakat).
A Curiosity mérései segíthetnek a NASA-nak egy emberes Mars-küldetés megtervezésében, amelyet az űrügynökség a 2030-as évek közepén tervez elindítani. Olyan információkkal is szolgálnak, amelyek segítenek a Vörös Bolygó jelen vagy múltbeli életjeleinek felkutatásában – ez a NASA egyik fő feladata.
Például Hassler szerint az új RAD eredmények azt sugallják, hogy nehéz lesz életjeleket találni a Mars felszínén. "Ezek a mérések azt mutatják, hogy a múltban az élet jelei a bolygón körülbelül 1 méteres mélységben találhatók" - mondja Hassler.
A tudomány
Három hónap telt el azóta, hogy a Curiosity rover leszállt a Vörös bolygóra, hogy megállapítsa, képes-e a Mars fenntartani az életet.
A jövőbeli emberes küldetések egyik fontos lakhatósági korlátozó tényezője a kozmikus sugarak és a bolygó felszínét érő naprészecskék sugárzásának szintje volt.
Ennek kiderítésére a rover RAD nevű sugárzásmérő műszere, adatokat gyűjtött a Curiosity-t elérő sugárzás napi ciklusairól.
A Mars légköre pajzsként működik a sugárzás számára a bolygó felszínén. A tudósok ezt azért tudják, mert a légkör sűrűsödésével a sugárzás szintje 3-5 százalékkal csökken.
A probléma az volt A Mars légköre 100-szor vékonyabb, mint a Földé, ami a sugárzás könnyebb áthatolását és az űrhajósok nagyobb veszélyét jelzi.
Élet a Marson: sugárzás szintje
Tehát az űrhajósok életben maradhatnak a marsi környezetben?
"Az űrhajósok biztosan élhetnek ebben a környezetben."- jelentette be Dan Hassler, a vezető nyomozó. "Legalábbis korlátozott ideig."
A Mars felszínén a sugárzás szintje körülbelül fele annak, amit a tudósok a mélyűri küldetések során megfigyeltek. A fő probléma a sugárzás hosszú ideig tartó felhalmozódása.
De amit biztosan tudunk, az az, hogy a marsi küldetés hosszú lesz - körülbelül 3 év, ebből körülbelül 6 hónapig tart az odajutás és további hat hónap a visszatérésig. Az űrhajós által megtapasztalható teljes sugárzási dózisnak van határa.
Egy tipikus napon egy űrhajós a mélyűrben védett a sugárzástól. A sugárbetegség nem jelentkezik azonnal. A forgatókönyv azonban megváltozhat, ha az űrhajósok olyan eseménybe ütköznek, amikor nagy mennyiségű sugárzást bocsátanak ki, például egy napvihar során. Kívül, az űrhajósok magasabb szintű sugárzásnak lesznek kitéve a bolygó felé vezető úton, mint a felszínén.
Míg a tudósok folytatják a méréseket, a sugárzás szintjéről még nem született következtetés.
"Nem az a kérdés, hogy elmegyünk-e a Marsra. Az számít, hogy mikor megyünk oda, és hogyan védhetjük meg legjobban űrhajósainkat" - magyarázta Hassler.
Curiosity rover: fotók a Marsról
1. Nagy felbontású kép a Curiosity roverről, a robotkarjával készült.
A Curiosity rover egy másik bolygó felszínén végzi első sugárzásmérését, hogy megállapítsa, élhetnek-e a leendő felfedezők a Marson, miközben a rover bejárja a Vörös Bolygó táját. A Curiosity visszatekint a lábnyomaira, a Sharp-hegyre és a Gale-kráter összetört peremére a távoli horizonton a küldetés 24., marsi napján (2012. augusztus 30.). Ez a panoráma egy új dokumentumfilmben látható PBS NOVA "Ultimate Mars Challenge", amelyet 2012. november 14-én mutattak be a nagyközönségnek. A RAD a rover fedélzetén található ebben a színes Navcam-fotók mozaikjában, amelyeket Ken Kremer és Marco Di Lorenzo képfeldolgozó csapata varrt össze. Köszönetnyilvánítás: NASA / JPL-Caltech / Ken Kremer/ Marco di Lorenzo.
A találékony emberek által épített fémrobotok túlélhetnek a Marson. De mi a helyzet a jövőbeli emberi űrhajósokkal?
A NASA kifinomult Mars Exploration Rover Opportunity modellje csaknem egy évtizeden át virágzott a Meridiani Planum síkságain annak ellenére, hogy a sugárzástól védett belső tereinek köszönhetően a töltött részecskékből származó kozmikus és napsugárzás sterilizálásával folyamatosan bombáztak.
Mi a helyzet az emberekkel? Milyen sors vár rájuk egy merész és valószínűleg hosszú évekig tartó expedíció során a végtelenül extrém és határozottan zord környezetben a Vörös Bolygó sugárzástól átitatott felszínén - ha valaha is eljut ide valaki a Földről? Mennyi védelemre van szükségük az embereknek?
Ezeknek a kérdéseknek a megválaszolása az egyik kulcsfontosságú küldetése a SUV méretű Curiosity rover számára – több mint 100 napon keresztül a 2 éves fő küldetésig.
Az előzetes adatok biztatónak tűnnek.
A Curiosity 8 hónapig tartó bolygóközi utazáson és példátlan ereszkedésen ment keresztül a légkörön egy sugárhajtású felhődaruval, hogy biztonságosan leszálljon a Gale-kráterben, a Mount Sharp 5 km magas réteges dombjai közelében 2012. augusztus 6-án.
Most az a feladat, hogy felmérjük, kínált-e valaha – a múltban vagy a jövőben – a mikrobiális életformák számára megfelelő élőhelyet. A galaktikus kozmikus sugárzásból visszamaradt sugárzás természetben előforduló szintjének jellemzése, és mind a mikrobák, mind az űrhajósok kérdésével foglalkozik. elpusztíthatja a felszín közelében lévő szerves molekulákat.
A kutatók a Curiosity legmodernebb Radiation Assessment Detector (RAD) eszközével napi rendszerességgel követik nyomon a nagy energiájú sugárzást, és segítenek azonosítani a potenciális valós egészségügyi kockázatokat, amelyek a jövőbeli emberi felfedezők számára jelentenek a Mars felszínén.
"A légkör megfelelő szintű védelmet biztosít, és az ilyen töltött részecskék sugárzása kisebb, ha a légkör vékonyabb" - mondta Don Hassler, a RAD vezető kutatója, a Colo állambeli boulderi Southwest Research Institute munkatársa. Lásd az alábbi diagramokat.
"Egyáltalán, az űrhajósok élhetnek ebben a környezetben. Ez nem sokban különbözik attól, amit az űrhajósok a Nemzetközi Űrállomáson tapasztalhatnak. A valódi kérdés az, hogy ha összeadja a teljes hozzájárulást a Marson lévő űrhajós dózishoz, akkor a küldetésnek korlátai lehetnek neked, mert felhalmozod ezeket a számokat. Idővel el fogod érni ezeket a számokat" - magyarázta Hassler.
A 2012. november 15-i, csütörtöki sajtótájékoztatón bemutatták a felszínen az első két hónap első RAD-adatait, amelyek azt mutatják, hogy a Mars légkörének árnyékolása miatt a sugárzás valamivel alacsonyabb a Mars felszínén, mint az űrkörnyezetben.
Hosszú távú változások a sugárzásban a Gale-kráterben. A grafikon a mért sugárdózis változását mutatja Sugárzásértékelő érzékelő a roverenNASA Curiosity 50 marsi napig. (A Földön a marsi 10. nap szeptember 15., a 60. nap pedig 2012. október 6. volt). A dózisteljesítményt (töltött és semleges részecskékből egyaránt) műanyag szcintillátorral mértük, és pirossal van feltüntetve. Hitel:NASA/JPL-Caltech/SwRI.
A RAD nem észlelt semmilyen nagy napkitörést a felszínről. "Nagyon fontos lesz" - mondta Hassler.
"Ha egy hatalmas napkitörés lenne, annak akut becsapódása lehet, ami hányást válthat ki, és potenciálisan veszélyeztetheti az űrruhás űrhajós küldetést."
"Általában a Mars légköre a felére csökkenti a sugárzás dózisát ahhoz képest, amit egy Mars-körutazás során látunk."
A RAD dolgozott és már végzett is sugárzásméréseket az űrszonda bolygóközi repülése során, összehasonlítva a Gale-kráter alján gyűjtött új adatokkal.
A marsi légköri nyomás valamivel kevesebb, mint a földi nyomás 1%-a. Kissé változik a hőmérséklettel és a sarki jégsapkák fagyás-olvadási ciklusával és az ebből adódó napi hőáramokkal a légköri ciklusok függvényében.
"A felszínen mért sugárdózis napi változását látjuk, ami fordítottan arányos a légkör nyomásával. A Mars légköre pajzsként működik a sugárzás számára. Ahogy vastagodik a légkör, úgy nagyobb védelmet nyújt. Ezért mi látni a sugárdózis 3-5%-os csökkenését minden nap” – mondta Hassler.
Curiosity önarckép a Mount Sharpról a Gale-kráter Rocknest homokdűnéjén. A Curiosity egy robotkaron lévő Mars Hand Lens Imager (MAHLI) kamerát használta önmagának és célállomásának, a Sharp-hegynek a háttérben történő felvételéhez. A bal oldalon a háttérben lévő hegyek a Gale-kráter északi fala. Ezt a színes panoráma mozaikot a küldetés 85. marsi napján (2012. november 1.) készült nyers fényképekből állították össze. Köszönetnyilvánítás: NASA/JPL-Caltech/MSSS/ /Marco Di Lorenzo.
Létezik
a sugárzás szintjének szezonális változásait is, ahogy a Mars az űrben halad.
A RAD csapata még mindig feldolgozza a sugárzási adatokat.
"Vannak kalibrálások és jellemzések, amelyeket véglegesítünk, hogy ezek a számok pontosak legyenek. Dolgozunk ezen. Reméljük, hogy közzétehetjük őket az Amerikai Geofizikai Unió decemberi ülésén."
A sugárzás és a nyomás napi ciklusai a Gale-kráterben. Ez a grafikon a marsi sugárzás és a légköri nyomás napi változásait mutatja a Curiosity rover által mérve. A nyomás növekedésével a teljes sugárdózis csökken. Ha a légköri nyomás nagyobb, akkor jobb gátat biztosít, és hatékonyabban védi a külső sugárzástól. Minden nyomáscsúcsnál 3-5%-kal csökken a sugárzási szint. A sugárzási szint a grafikon végén emelkedik egy hosszú távú tendencia miatt, amelyet a tudósok még mindig tanulmányoznak. Köszönetnyilvánítás: NASA/JPL-Caltech/SwRI.
A sugárzás az élet lakhatóságát korlátozó tényező. A RAD az első olyan tudományos műszer, amely közvetlenül méri a sugárzást egy másik bolygó felszínén.
"A kíváncsiság arra a következtetésre jutott, hogy a Mars sugárzási környezete érzékeny a marsi időjárásra és éghajlatra."
A Földdel ellentétben a Mars körülbelül 3,5 milliárd évvel ezelőtt veszítette el mágneses terét – és ezzel a legtöbb védőképességét az űrből származó káros energiarészecskék-sugárzással szemben.
Sokkal több adatot kell összegyűjtenie a RAD-nak, mielőtt bármilyen végső következtetést le lehetne vonni arról, hogy mennyi ideig és milyen típusú élőhelyet lehet megszerezni.
A Curiosity fedélzetén egy RAD-eszköz található a radioaktív expozíció intenzitásának meghatározására. Marsra való repülése során a Curiosity megmérte a sugárzási hátteret, és ma a NASA-val dolgozó tudósok beszéltek ezekről az eredményekről. Mivel a rover egy kapszulában repült, és a sugárzásérzékelő benne volt, ezek a mérések gyakorlatilag megfelelnek annak a sugárzási háttérnek, amely egy emberes űrhajóban jelen lesz.
Az eredmény nem inspiráló – az elnyelt sugárterhelés egyenértékű dózisa kétszerese az ISS dózisának. És négynél - az, amely az atomerőművek számára megengedett legnagyobbnak tekinthető. 
Ez azt jelenti, hogy egy hat hónapos Mars-repülés hozzávetőlegesen megfelel egy évnek a Föld-közeli pályán vagy két évnek egy atomerőműben. Tekintettel arra, hogy az expedíció teljes időtartama körülbelül 500 nap, a kilátások nem optimisták.
Egy személy számára 1 Sievert felhalmozott sugárzás 5%-kal növeli a rák kockázatát. A NASA lehetővé teszi űrhajósai számára, hogy karrierjük során legfeljebb 3%-os kockázatot, azaz 0,6 Sievert halmozzon fel. Figyelembe véve, hogy az ISS-en a napi dózis legfeljebb 1 mSv, az űrhajósok pályán való tartózkodásának maximális időtartama a teljes pályafutás során körülbelül 600 napra korlátozódik.
Magán a Marson a sugárzásnak körülbelül kétszer kisebbnek kell lennie, mint az űrben, a benne lévő légkör és porfelfüggesztés miatt, pl. megfelelnek az ISS szintjének, de pontos mutatókat még nem publikáltak. Érdekesek lesznek a RAD-jelzők a porviharok napjaiban – nézzük meg, hogy a marsi por mennyire jó sugárzási képernyő.
Most a Föld-közeli pályán való tartózkodás rekordja az 55 éves Szergej Krikalevé – 803 nap van a számláján. De szakaszosan pontozta őket - összesen 6 repülést hajtott végre 1988 és 2005 között. 
A RAD műszer három szilícium lapkából áll, amelyek detektorként működnek. Ezenkívül cézium-jodid kristályt tartalmaz, amelyet szcintillátorként használnak. A RAD úgy van beállítva, hogy leszállás közben a zenitet nézze, és 65 fokos szögben rögzítse a mezőt. 
Valójában ez egy sugárzási teleszkóp, amely széles tartományban rögzíti az ionizáló sugárzást és a töltött részecskéket. 
A térben a sugárzás főként két forrásból származik: a Napból a fáklyák és a korona kilökődése során, valamint a kozmikus sugarakból, amelyek szupernóva-robbanások vagy más nagy energiájú események során keletkeznek a mi és más galaxisainkban. 
Az illusztráción: a szoláris "szél" és a Föld magnetoszférájának kölcsönhatása.
A kozmikus sugarak teszik ki a sugárzás nagy részét a bolygóközi utazás során. Napi sugárzási részarányuk 1,8 mSv. A kitettségnek mindössze három százalékát halmozta fel a Curiosity a Napból. Ez annak is köszönhető, hogy a repülés viszonylag csendes időben zajlott. A villogások növelik a teljes dózist, és megközelíti a napi 2 mSv-t.
A csúcsokat a napkitörések okozzák.
A jelenlegi technikai eszközök hatékonyabbak az alacsony energiájú napsugárzás ellen. Lehetőség van például egy védőkapszulát felszerelni, ahol az űrhajósok elrejtőzhetnek a napkitörések során. Azonban még a 30 cm-es alumínium falak sem védenek a csillagközi kozmikus sugarak ellen. Az ólom valószínűleg jobban segítene, de ez jelentősen megnöveli a hajó tömegét, ami a vízre bocsátásának, gyorsításának költségét jelenti.
Az expozíció minimalizálásának leghatékonyabb eszköze az új típusú hajtóművek, amelyek jelentősen csökkentik a Marsra és visszarepülés idejét. A NASA jelenleg a napelemes elektromos meghajtáson és a nukleáris termikus meghajtáson dolgozik. Az első elméletileg akár 20-szor gyorsabban is gyorsulhat, mint a modern vegyipari motorok, de a gyorsulás nagyon hosszú lesz az alacsony tolóerő miatt. Egy ilyen hajtóművel rendelkező készüléket állítólag egy aszteroida vontatására küldenek, amelyet a NASA meg akar fogni, és Hold körüli pályára állítani az űrhajósok későbbi látogatása céljából.
Az elektromos sugárhajtóművek legígéretesebb és legbiztatóbb fejlesztései a VASIMR projekt keretében valósulnak meg. De a Marsra való utazáshoz a napelemek nem lesznek elegendőek – reaktorra van szükség.
A nukleáris hőmotor specifikus impulzusa körülbelül háromszor nagyobb, mint a modern típusú rakéták. Lényege egyszerű: a reaktor a munkagázt (a feltételezett hidrogént) magas hőmérsékletre melegíti fel oxidálószer alkalmazása nélkül, ami a vegyi rakétákhoz szükséges. Ebben az esetben a fűtési hőmérséklet határértékét csak az az anyag határozza meg, amelyből maga a motor készült. 
De az ilyen egyszerűség nehézségeket is okoz - a tapadást nagyon nehéz ellenőrizni. A NASA próbálja megoldani ezt a problémát, de nem tekinti prioritásnak az NRE fejlesztését.
Az atomreaktor alkalmazása még mindig ígéretes, mivel az energia egy részét elektromágneses tér létrehozására lehetne fordítani, amely ráadásul megvédené a pilótákat mind a kozmikus sugárzástól, mind a saját reaktoruk sugárzásától. Ugyanez a technológia jövedelmezővé tenné a víz kitermelését a Holdon vagy az aszteroidákon, vagyis emellett ösztönözné a világűr kereskedelmi hasznosítását.
Bár ez most nem más, mint elméleti érvelés, lehetséges, hogy egy ilyen séma lesz a kulcs a Naprendszer feltárásának új szintjéhez.
