Радиация представляет проблему на Земле, а еще больше в космосе. Чтобы защитить космонавтов на МКС и подготовиться к межпланетным миссиям, необходимо понимать, какую дозу излучения получают люди на орбите и какие материалы лучше противостоят высокоэнергетическим частицам, а именно как происходит взаимодействие галактических космических лучей с различными материалами космического аппарата. Кроме того, радиация может больше рассказать и о других небесных телах Солнечной системы — например, о распределении водорода в приповерхностном слое Луны или Марса — поскольку галактические лучи взаимодействуют и с поверхностями спутников и планет с тонкой атмосферой или без нее, а вторичное излучение является своеобразным маркером элементного состава.
Для этого ученые отдела ядерной планетологии создают приборы, которые могут регистрировать потоки вторичных нейтронов и гамма-частиц от поверхностного слоя планет с помощью посадочных и орбитальных аппаратов, космические гамма-всплески, жесткое излучение солнечных вспышек.
Получаемые данные помогают лучше понять строение планет, историю их развития и геологию, а также помогают выбрать места будущих лунных и марсианских баз.
Что такое ядерная планетология и зачем она нужна?
Ядерная планетология – это направление на стыке ядерной физики и планетных исследований. Она использует методы, заимствованные из ядерной энергетики и физики элементарных частиц, для мирных целей – чтобы раскрыть внутреннюю структуру небесных тел, оценить их геохимические характеристики и содержание воды, а также для изучения радиационного фона в космосе
Одно из важнейших преимуществ ядерных методов – их проникающая способность. Например, приборы, размещенные на орбите, посадочной платформе или на мобильном аппарате, регистрируют вторичное нейтронное и гамма-излучение, возникающее при взаимодействии космических лучей с поверхностью планеты. Это излучение несет информацию о том, что скрывается на глубине до 1–2 метров.
Направления исследований отдела
Сегодня в отделе активно развиваются несколько ключевых направлений:
- создание компактных активных источников излучения, которые могут использоваться для измерений в условиях плотной атмосферы;
- разработка инновационных детекторов гамма- и нейтронного излучения, способных эффективно работать в условиях ограниченного объема, массы и энергопотребления;
- повышение чувствительности и точности измерений;
- обработка и интерпретация данных;
- космические гамма-всплески и жесткое излучение солнечных вспышек;
- научно-организационное руководство подготовкой двух перспективных космических проектов ГК «Роскосмос» «Луна-25» и «Луна-27».
Перевести измеренные потоки нейтронов и спектры гамма-излучения в показатели содержания воды, водорода или конкретных элементов – задача не менее сложная, чем сами измерения. Это требует математических моделей, калибровки и постоянной проверки на практике.
Сегодня приборы, созданные отделом ядерной планетологии, используются в экспериментах «БТН-Нейтрон» на Международной космической станции, ДАН на марсоходе NASA Curiosity, на орбитальном модуле TGO российско-европейского проекта «ЭкзоМарс», автоматической межпланетной станции NASA 2001 Mars Odyssey, аппарате NASA Lunar Reconnaissance Orbiter и в миссии ESA/JAXA BepiColombo. Также отдел руководит подготовкой перспективного космического проекта российской лунной программы «Луна-27».
Об эксперименте по исследованию редких земель
Одним из наиболее перспективных направлений стала разработка методов для обнаружения редкоземельных элементов на Луне.
В рамках эксперимента ученые отдела собрали набор калибровочных мишеней с порошками редких земель, доступных на Земле. С помощью ядерно-физических методов были получены калибровочные гамма-спектры, которые позволяют различать отдельные элементы в сложной смеси. Эти данные станут основой для поиска аналогичных сигнатур в реголите Луны при помощи будущих миссий.
Эксперимент подтверждает: ядерные методы позволяют не только «видеть» воду, но и обнаруживать полезные ископаемые, что делает их особенно ценными для внеземной геологоразведки.
💫 Отдел ядерной планетологии в формате 360°
Посетите отдел ядерной планетологии онлайн – в формате 360°.
В рамках проекта «Наука в формате 360°» РНФ и ИКИ РАН приглашают вас на виртуальную экскурсию по отделу ядерной планетологии.
Вас ждет знакомство с приборами, которые работают на Луне и Марсе, рассказ о методах обработки данных с марсохода Curiosity, и погружение в лабораторную среду, где создаются технологии будущего.
🔗 Присоединяйтесь к экскурсии по ссылке: https://rscf.ru/fondfiles/tours/IKIRan/02/index.html
***
Пресс-служба Российского научного фонда благодарит Институт космических исследований (ИКИ) РАН за помощь в подготовке материала!
Официальный сайт Института космических исследований РАН: https://iki.cosmos.ru
Посмотреть виртуальные туры «Науки в формате 360°» можно на официальной странице специального проекта РНФ: https://360.rscf.ru/
Больше о деятельности Российского научного фонда, новостях из мира науки и поддержке ученых можно узнать в Телеграм-канале, группе в ВКонтакте и на сайте РНФ.