Một vụ phun trào núi lửa trên Mặt trời được phát hiện đồng thời trên Trái đất, Mặt trăng và Sao Hỏa vào tháng 10 năm 2021 nhấn mạnh tầm quan trọng của việc chuẩn bị sẵn sàng cho sự nguy hiểm của bức xạ không gian. Sự kiện này cho phép thực hiện các phép đo đồng thời hiếm có, nâng cao hiểu biết của chúng ta về các vụ phun trào năng lượng mặt trời và cách từ trường và bầu khí quyển của các hành tinh có thể giảm thiểu tác động của chúng. Kiến thức này rất cần thiết cho việc khám phá Mặt trăng và Sao Hỏa trong tương lai của con người, nơi các phi hành gia phải đối mặt với các nguy cơ bức xạ đáng kể.
Một vết lóa mặt trời được phát hiện đồng thời trên Trái đất và Mặt trăng Sao Hoả Nhấn mạnh sự cần thiết phải chuẩn bị cho các sứ mệnh thám hiểm của con người về sự nguy hiểm của bức xạ không gian.
Một vụ phun trào vành nhật hoa từ Mặt trời nổ ra vào ngày 28 tháng 10 năm 2021 và tác động của nó lan rộng đến mức cả Sao Hỏa và Trái đất, mặc dù nằm ở hai phía đối diện của Mặt trời và cách nhau khoảng 250 triệu km (160 triệu dặm), đã nhận được một lượng lớn các hạt năng lượng.
Một sự kiện hiếm hoi và quan trọng
Đây là lần đầu tiên một sự kiện mặt trời được đo đồng thời trên bề mặt Trái đất, Mặt trăng và Sao Hỏa, theo báo cáo vào ngày 2 tháng 8 năm tin nhắn tìm kiếm địa lý giấy. Vụ nổ được phát hiện bởi một hạm đội tàu vũ trụ quốc tế bao gồm Tàu quỹ đạo khí ExoMars Trace (TGO), Tàu thăm dò sao Hỏa của NASA, Tàu đổ bộ Mặt trăng Chang’e-4 của CNSA, Tàu quỹ đạo Trinh sát Mặt trăng (LRO) và tàu quỹ đạo Trái đất Eu:CROPIS của DLR. .
Các phép đo đồng thời này trên các thế giới khác nhau giúp nâng cao kiến thức của chúng ta về tác động của các tia lửa mặt trời và cách từ trường và bầu khí quyển của một hành tinh có thể giúp bảo vệ các phi hành gia chống lại chúng.
Vụ phóng hàng loạt coronal mà văn phòng SOHO nhìn thấy vào ngày 28 tháng 10 năm 2021. Sự kiện này là một ví dụ hiếm hoi về “cải thiện mặt đất”. Trong những sự kiện này, các hạt từ Mặt trời đủ năng lượng để đi qua bong bóng từ tính bao quanh Trái đất và bảo vệ chúng ta khỏi các tia lửa mặt trời ít năng lượng hơn. Đây chỉ là lần cải thiện mặt đất thứ 73 kể từ khi hồ sơ bắt đầu vào những năm 1940 và không có lần nào được ghi lại kể từ đó. Tín dụng: SOHO (ESA và NASA), CC BY-SA 3.0 IGO
So sánh các thế giới khác nhau
Sự kiện diễn ra vào ngày 28 tháng 10 năm 2021 là một ví dụ hiếm hoi về “cải tạo mặt bằng”. Trong những sự kiện này, các hạt từ Mặt trời đủ năng lượng để đi qua bong bóng từ tính bao quanh Trái đất và bảo vệ chúng ta khỏi các tia lửa mặt trời ít năng lượng hơn. Đây chỉ là lần cải thiện mặt đất thứ 73 kể từ khi hồ sơ bắt đầu vào những năm 1940 và không có lần nào được ghi lại kể từ đó.
Do Mặt trăng và Sao Hỏa không tạo ra từ trường riêng nên các hạt từ Mặt trời có thể dễ dàng tiếp cận bề mặt của chúng và thậm chí tương tác với đất để tạo ra bức xạ thứ cấp. Nhưng sao Hỏa có một bầu khí quyển mỏng ngăn chặn hầu hết các hạt năng lượng mặt trời thấp và làm chậm các hạt năng lượng cao.
Tầm quan trọng của việc hiểu các sự kiện năng lượng mặt trời
Với việc Mặt trăng và Sao Hỏa là trọng tâm khám phá của con người trong tương lai, điều cực kỳ quan trọng là phải hiểu các sự kiện mặt trời này và tác động tiềm ẩn của chúng đối với cơ thể con người. Các phi hành gia có nguy cơ mắc bệnh phóng xạ. Liều bức xạ hơn 700 miligam — đơn vị hấp thụ bức xạ — có thể gây ra bệnh bức xạ bằng cách phá hủy tủy xương, dẫn đến các triệu chứng như nhiễm trùng và chảy máu trong.
Nếu một phi hành gia nhận được hơn 10 màu xám, anh ta khó có thể sống sót quá 2 tuần. Một ngọn lửa mặt trời duy nhất vào tháng 8 năm 1972 có thể đã cung cấp một liều bức xạ cao như vậy cho một phi hành gia trên bề mặt Mặt trăng, nhưng may mắn thay, nó đã rơi vào khoảng thời gian giữa sứ mệnh Apollo 16 và 17 có người lái.
Infographic cảm nhận vụ phun trào khổng lồ của Mặt trời trên Trái đất, Mặt trăng và Sao Hỏa. Tín dụng: ESA
Những phát hiện gần đây và các biện pháp bảo vệ
Để so sánh, trong sự kiện ngày 28 tháng 10 năm 2021, liều lượng trên quỹ đạo mặt trăng được đo ở mức NASATàu quỹ đạo trinh sát mặt trăng chỉ có 31 miligam. “Tính toán của chúng tôi về các sự kiện tăng cấp độ Trái đất trong quá khứ cho thấy trung bình cứ 5,5 năm lại có một sự kiện có thể vượt quá mức liều lượng an toàn trên Mặt trăng nếu không có biện pháp bảo vệ bức xạ nào được cung cấp. Những sự kiện này rất quan trọng đối với các sứ mệnh có người lái tới bề mặt Mặt trăng trong tương lai.” “
Khi chúng tôi so sánh các phép đo do ExoMars TGO và xe tự hành Curiosity thực hiện, khả năng bảo vệ do bầu khí quyển sao Hỏa cung cấp trở nên rõ ràng: TGO đo được 9 miligam, gấp 30 lần so với 0,3 miligam được phát hiện trên bề mặt.
Các sứ mệnh bên trong hệ mặt trời của ESA Solar Orbiter, SOHO và BepiColombo cũng đã phát hiện ra vụ nổ, cung cấp nhiều điểm thuận lợi hơn để nghiên cứu sự kiện mặt trời này.
Hiện tại, chúng ta đang sống trong thời kỳ vàng son của vật lý hệ mặt trời. Máy dò bức xạ trên các sứ mệnh liên hành tinh như BepiColombo, trên đường đến Sao Thủy và Nước trái cây, đi thuyền đến sao MộcMarco Pinto, một nhà nghiên cứu tại Cơ quan Vũ trụ Châu Âu làm việc trên các máy dò bức xạ cho biết.
Bảo vệ các phi hành gia của chúng ta
Bảo vệ các phi hành gia trong cuộc phiêu lưu của họ trong không gian là nhiệm vụ thiết yếu và quan trọng của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu. Hiểu và dự đoán các sự kiện bức xạ cực đoan là một phần quan trọng của điều này. Các thiết bị chuyên dụng đo môi trường bức xạ trong không gian và được sử dụng để bảo vệ cơ sở hạ tầng quan trọng trong không gian và trên mặt đất cũng như để bảo vệ các phi hành gia. Nếu các phi hành gia được cảnh báo kịp thời, họ có thể yêu cầu bảo vệ như quần áo bảo hộ hoặc trú ẩn trong hang động. chính sách hiện hành về Trạm không gian quốc tế Đó là sự trở lại chỗ ngủ hoặc nhà bếp, nơi các bức tường bảo vệ khỏi bức xạ.
Cổng thông tin sẽ cho phép khám phá bền vững xung quanh và trên mặt trăng, đồng thời cho phép nghiên cứu và trình diễn các công nghệ và quy trình cần thiết để thực hiện một sứ mệnh trong tương lai tới Sao Hỏa. Kết xuất máy tính này cho thấy tàu vũ trụ Orion của NASA đã neo đậu tại Cổng (trái) sẽ đưa các phi hành gia lên tiền đồn mặt trăng. Tín dụng: ESA
Cổng mặt trăng
Chương trình Artemis đưa các phi hành gia lên mặt trăng bao gồm một trạm vũ trụ trên quỹ đạo mặt trăng được gọi là Cổng. Trên Cổng, ba nhóm thiết bị sẽ giám sát môi trường bức xạ xung quanh Mặt trăng: Mảng cảm biến bức xạ châu Âu (ERSA) của Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA), Bộ thí nghiệm bức xạ và đo lường môi trường vật lý trực thăng của NASA (HERMES) và ESA/JAXA Mảng liều kế bên trong (IDA).
Cùng nhau, những thí nghiệm này sẽ đo môi trường bức xạ bên ngoài Cổng trong khi theo dõi liều lượng bức xạ cụ thể bên trong, từ 3.000 km đến 70.000 km (45.000 dặm) từ bề mặt mặt trăng. Những phép đo này sẽ cần thiết để hiểu rõ hơn về môi trường mà các phi hành gia sẽ trải nghiệm trong không gian liên hành tinh.
Hai hình nộm bức xạ thực hiện các chuyến bay đột phá trên bề mặt mặt trăng để giúp bảo vệ những người du hành vũ trụ khỏi các tia vũ trụ và các cơn bão năng lượng mặt trời. Hai bóng ma nữ này lấp đầy ghế hành khách trong sứ mệnh đầu tiên của Orion quanh Mặt trăng, đi xa hơn bất kỳ con người nào đã bay trước đó. Được trang bị hơn 5.600 cảm biến, cặp đôi này đã đo lượng bức xạ mà các phi hành gia có thể tiếp xúc trong các sứ mệnh tương lai với độ chính xác chưa từng có. Tín dụng: Lockheed Martin
Cặp song sinh Luna và nghiên cứu trong tương lai
Các cơ quan vũ trụ cũng đang xem xét quần áo bảo hộ để giảm tác động của bức xạ không gian lên cơ thể. Hai hình nộm giống hệt nhau, do Trung tâm Hàng không vũ trụ Đức (DLR) phát triển, là hành khách của chuyến bay thử nghiệm Artemis I, bay qua Mặt trăng trong khoảng thời gian từ tháng 11 đến tháng 12 năm 2022. Được trang bị cảm biến bức xạ do DLR và NASA cung cấp. Helga bay mà không được bảo vệ, nhưng Zohar mặc một chiếc áo chống bức xạ mới được phát triển che phủ thân của cô ấy. Các nhà nghiên cứu DLR hiện đang so sánh hai bộ dữ liệu được đo bởi Helga và Zohar.
Colin Wilson, nhà khoa học dự án ExoMars TGO, kết luận: “Bức xạ không gian có thể tạo ra rủi ro rất thực tế đối với hoạt động khám phá của chúng ta trên khắp hệ mặt trời. Việc đo lường các sự kiện bức xạ cấp độ cao bằng các sứ mệnh rô bốt là rất quan trọng để chuẩn bị cho các sứ mệnh có người lái trong thời gian dài. Cảm ơn dữ liệu từ Đối với các nhiệm vụ như ExoMars TGO, chúng tôi có thể chuẩn bị cho cách tốt nhất để bảo vệ các nhà thám hiểm con người của chúng tôi.”
Tham khảo: “Sự cải thiện đầu tiên về mức độ của Trái đất có thể nhìn thấy trên ba bề mặt hành tinh: Trái đất, Mặt trăng và Sao Hỏa” của Jingnan Gu, Xiaoli Li, Jian Zhang và Michael I. . Wimmer-Schweingruber, Donald M. Hassler, Cary Zeitlin, Bent Ehresmann, Daniel Matthiä và Bin Zhuang, ngày 2 tháng 8 năm 2023, Có tại đây. tin nhắn tìm kiếm địa lý.
doi: 10.1029/2023GL103069