Récemment, le thème de l’exploration et de la colonisation de Mars a émergé de la science-fiction. États-Unis, Europe, Russie et
Ils sont menacés par les radiations.
Rayonnement de l'espace. Pourquoi les gens sont-ils en sécurité sur Terre?
Tout d'abord, les particules d'énergie qui s'échappent du soleil à la suite d'éruptions solaires géantes sont dangereuses pour les humains.
En plus des fusées éclairantes, d'énormes nuages -les éjections de masse coronale - contenant un milliard de tonnes de matière solaire, explosent parfois à la surface du soleil. De plus en plus, les scientifiques pensent que les éjections de masse coronale jouent un rôle dominant dans le contrôle du rayonnement le plus puissant du Soleil: les particules d'énergie solaire ou SEP (particules énergétiques solaires).
Les SEP sont des particules (principalement des protons, maisainsi que des électrons et des ions) volant à des vitesses si élevées que certains d'entre eux atteignent la Terre, distante de 150 millions de kilomètres, en moins d'une heure.
Le rayonnement est l'énergie contenue dansondes électromagnétiques ou portées par des particules. L'énergie est transférée lorsqu'une onde ou une particule entre en collision avec quelque chose d'autre, comme un astronaute ou un composant d'un vaisseau spatial. Les SEP sont dangereux car ils peuvent traverser la peau, libérer de l'énergie et détruire les cellules ou l'ADN sur leur passage. De tels dommages peuvent augmenter le risque de cancer plus tard dans la vie ou, dans les cas extrêmes, provoquer une maladie aiguë des radiations à court terme.
Pourquoi les gens sont-ils en sécurité sur Terre?
Sur Terre, les gens sont assurés contre ce mal. Mais pourquoi?
La "bulle magnétique" protectrice de la Terre - magnétosphère- rejette la plupart des particules solaires. L'atmosphère supprime également toutes les particules qui la pénètrent. La Station spatiale internationale se déplace en orbite terrestre basse sous la protection de la Terre, et la coque de la station permet également de protéger l'équipage des radiations.
La Terre est au centre d’une immense bulle bleue en forme de comète.
La bulle magnétique de la Terre, appelée la magnétosphère,montré en bleu. La magnétosphère fournit un bouclier naturel contre le rayonnement cosmique en détournant la plupart des particules solaires chargées de la Terre.
Crédit: Centre spatial Andøya / Trond Abrahamsen
Mais au-delà de la portée magnétique de la Terre, les explorateurs humains peuvent faire face à des radiations sévères de l'espace.
Stratégie de protection des astronautes
La stratégie principale du think tanktravailler dans l'espace - pour utiliser toute masse disponible sur le navire. Ils le redistribuent de manière à remplir les zones insuffisamment protégées et orientent les membres de l'équipage vers des zones bien protégées.
Plus la masse entre l'équipage et le rayonnement est grande,il est plus probable que les particules dangereuses transfèrent leur énergie avant d'atteindre l'équipage. Sur la Lune, les astronautes peuvent entasser du sol lunaire ou régolite au-dessus de leurs cachettes, profitant des matériaux naturels de protection de l'environnement. Mais en ce qui concerne la conception du vaisseau spatial, compter sur sa taille pour la protection devient bientôt coûteux, car il faut plus de propulseur pour lancer plus de masse.
L'équipe de Johnson travaille à développer des méthodesblindage sans ajout de matériaux supplémentaires. Les astronautes ne pourront pas voler en "blindage spécial contre les radiations". Les lois de répartition de la charge utile sur un navire sont telles que chaque objet avec lequel une équipe d'astronautes vole doit être polyvalent.
Pour le vaisseau spatial Orion, ils ont développéun plan pour que les astronautes construisent un abri temporaire à partir des matériaux disponibles, y compris des unités de stockage déjà à bord ou des réserves de nourriture et d'eau. Si une autre tempête éclate sur le Soleil, aussi forte qu'à l'époque des missions Apollo, l'équipage d'Orion sera sain et sauf.
Jessica Vos (premier plan), adjointeLa spécialiste de la santé et de la technologie médicale d'Orion et l'astronaute Anne McClain (arrière-plan) démontrent un plan de radioprotection sur un vaisseau spatial Orion typique. Pendant l'événement SEP, l'équipage utilisera des sacs de stockage à bord d'Orion pour créer un abri étanche contre les radiations.
D'autres équipes de la NASA s'attaquent au problème des radiations avecdes solutions créatives, en développant des technologies telles que des gilets portables et des appareils augmentant la masse, ainsi que des surfaces chargées électriquement qui dévient les radiations.
Aussi, un concepteur d'espace expérimentécombinaisons spatiales Amy Ross du Johnson Space Center de la NASA à Houston développe de nouvelles combinaisons pour la Lune et Mars. Ce sont les échantillons de son prototype de combinaison spatiale qui sont allés sur Mars lors de la mission Perseverance pour vérification et analyse.
La persévérance est lancée. Comment va-t-elle nous préparer à la colonisation de Mars ?
Comment se protéger du soleil? Problèmes principaux
Pour protéger les astronautes des tempêtes de particulesl'énergie solaire, vous devez savoir quand une telle tempête se produira. Mais les flux de particules sont inconstants et difficiles à prévoir. La nature des éruptions solaires turbulentes n'a pas encore été entièrement comprise.
Idéalement, vous pourriez regarder uneune zone sur le soleil, voyez comment elle se développe et essayez de prédire quand l'éruption se produira. Le problème est que même si vous pouviez prédire les fusées éclairantes et les éjections de masse coronale, seule une petite fraction produit réellement des particules dangereuses pour les astronautes.
Richardson
Et si des SPE apparaissent, c'est difficileprédire où ils iront. Les lignes de force du champ magnétique sont une autoroute pour les particules chargées, mais lorsque le soleil tourne, les routes se transforment en spirales. Certaines particules sont éliminées en raison des plis des lignes de champ. En conséquence, ils peuvent se propager dans tout le système solaire sous la forme d'un énorme nuage brumeux.
L'éruption solaire du 7 août 1972 a étéenregistré par Big Bear Solar Observatory en Californie. Cette explosion particulière, connue sous le nom d'épidémie d'hippocampes en raison de la forme des zones lumineuses, a déclenché un puissant événement SEP qui pourrait nuire aux astronautes si la mission Apollo était en cours à l'époque.
Modèles pour prédire quand apparaîtraSEP en est aux premiers stades de développement. L'un d'eux utilise l'arrivée d'électrons plus légers et plus rapides pour prédire le flux de protons plus lourds qui suivront, qui sont plus dangereux.
Les scientifiques s'appuient sur les missions héliophysiques de la NASApour le développement de modèles de prévision météorologique spatiale. Cela permet de positionner les engins spatiaux à différents points de vue entre le Soleil et la Terre. Lancée en 2018, la sonde solaire Parker de la NASA vole plus près du Soleil que tout autre vaisseau spatial avant lui. Le vaisseau spatial suivra les SEP près de leur source. Ce sera la clé pour découvrir comment les éruptions solaires accélèrent les particules.
Le temps compte aussi. Le soleil traverse des cycles de 11 ans d'activité élevée et faible. Pendant le maximum solaire, le Soleil est couvert dans des zones de haute tension magnétique qui sont prêtes à éclater. Pendant le minimum solaire, lorsqu'il y a peu ou pas de taches solaires, les éruptions sont rares.
Alors que les scientifiques continuent de s'améliorerleurs modèles, les engins spatiaux héliophysiques de la NASA fournissent déjà des observations pour donner aux astronautes une image complète, une compréhension et une prévision des dangers. Et, surtout, l'autorisation d'effectuer des missions. S'il n'y a pas de points actifs sur le Soleil, les scientifiques peuvent affirmer avec certitude qu'il n'y aura pas de rafale solaire.
Un autre danger. Rayonnement des galaxies voisines
Le deuxième type de rayonnement cosmiquese propage encore plus loin que les particules d'énergie solaire. Les rayons cosmiques galactiques - des particules d'étoiles explosives disparues depuis longtemps ailleurs dans la Voie lactée - bombardent continuellement le système solaire à des vitesses lumineuses proches. Si les particules d'énergie solaire forment une pluie soudaine, alors les rayons cosmiques galactiques ressemblent plus à une bruine régulière. Mais la pluie torrentielle peut également être gênante.
Le système solaire est au centre de deux grosses bulles violettes représentant l'héliosphère. Des rayures dorées se reflètent partout.
Cette image montre le système solaire etla bulle magnétique du Soleil, l'héliosphère qui s'étend bien au-delà de ses limites. Les bandes lumineuses représentent les rayons cosmiques. Pendant le maximum solaire, lorsque l'héliosphère devient plus forte, elle bloque davantage de rayons cosmiques.
Centre de vol spatial Goddard de la NASA / Laboratoire d'imagerie conceptuelle
Les rayons cosmiques ont tendance à être plusplus puissant que même les particules solaires les plus énergétiques. Le même vaisseau spatial qui protège l'équipage des particules d'énergie solaire ne pourra pas garder les rayons cosmiques à distance, les rayons cosmiques posent donc un sérieux problème, en particulier pour les longues missions telles que les voyages vers Mars, qui prendront de six à 10 mois.
Bien que le SEP soit difficile à prévoir, leles rayons cosmiques arrivent à une vitesse constante. En une seconde, environ 90 rayons cosmiques frappent un point de l’espace de la taille d’une balle de golf. Pendant ce temps, lors d’une averse du SEP, 1 000 autres particules pourraient se déplacer dans cet espace de la taille d’une balle de golf. Cette vitesse permet de déterminer les limites de rayonnement et la durée de la mission. Dans ce est la principale stratégie de la NASA pour limiter l'exposition aux rayons cosmiques. La NASA surveille les doses individuelles des astronautes pour s'assurer qu'ils ne sont pas exposés à un excès de rayonnement.
Les rayons cosmiques sont composés d'éléments lourdscomme l'hélium, l'oxygène ou le fer. Des particules massives cassent des atomes lorsqu'elles entrent en collision avec quelque chose, que ce soit un astronaute ou les épaisses parois métalliques d'un vaisseau spatial. L'impact provoque un flux de particules supplémentaires - un rayonnement secondaire, qui aggrave encore le danger des rayons cosmiques.
L'exposition aux rayons cosmiques est également associée àcycle solaire. Dans le calme relatif du minimum solaire, les rayons cosmiques pénètrent facilement dans le champ magnétique solaire. Mais pendant le maximum solaire, la bulle magnétique du Soleil s'intensifie avec l'augmentation de l'activité solaire, éloignant certains intrus des galaxies. Curieusement, les rayonnements nocifs aident à neutraliser d'autres rayonnements dangereux.
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