- ما هو الإشعاع؟
خارج الشرنقة الواقية للغلاف الجوي للأرض عالم مليء بالإشعاع – اي انه موجود حولنا. قل كلمة “إشعاع” لثلاثة أشخاص مختلفين ، وستحصل على الأرجح على ثلاثة ردود فعل مختلفة: قد تخبرك عمتك كيف دمر الإشعاع سرطانها. قد يذكر جارك إجراءات “الاستلقاء و الاحتماء” في يومه. و سيشرح صديقك المحب للرسوم المتحركة كيف أن أشعة غاما (gamma rays) حولت بروس بانر (Bruce Banner) إلى The Hulk (الوحش الأخضر).
- للإشعاع أشكال عديدة وهو موجود من حولنا طوال الوقت، لكن ما هو الإشعاع؟
الإشعاع هو شكل من أشكال الطاقة المنبعثة على شكل أشعة ، (و / أو) موجات كهرومغناطيسية ، (و / أو) جسيمات. في بعض الحالات ، يمكن رؤية الإشعاع (الضوء المرئي) أو الشعور به (الأشعة تحت الحمراء) ، في حين أن الأشكال الأخرى – مثل الأشعة السينية وأشعة غاما – لا يمكن رؤيتها و لا يمكن ملاحظتها إلا باستخدام معدات خاصة. على الرغم من أن الإشعاع يمكن أن يكون له آثار سلبية على كل من الأنظمة البيولوجية والميكانيكية ، إلا أنه يمكن استخدامه أيضًا بعناية لمعرفة المزيد عن كل من هذه الأنظمة.
ما هو إشعاع الفضاء؟
يختلف إشعاع الفضاء عن أنواع الإشعاع التي نختبرها هنا على الأرض. يتألف الإشعاع الفضائي من ذرات يتم فيها تجريد الإلكترونات مع تسارع الذرة في الفضاء بين النجوم إلى سرعات تقترب من سرعة الضوء – وفي النهاية ، تبقى نواة الذرة فقط.
يتكون الإشعاع الفضائي من ثلاثة أنواع من الإشعاع: الجسيمات العالقة في المجال المغناطيسي للأرض ؛ الجسيمات التي تطلق في الفضاء أثناء التوهجات الشمسية (أحداث الجسيمات الشمسية) ؛ والأشعة الكونية المجرية ، وهي بروتونات عالية الطاقة وأيونات ثقيلة من خارج نظامنا الشمسي. كل هذه الأنواع من الإشعاع الفضائي تمثل إشعاعات مؤينة.
- ما مقدار الإشعاع الفضائي الذي يتعرض له رواد الفضاء؟
أبعد من مدار الأرض المنخفض ، قد يعرض الإشعاع الفضائي رواد الفضاء لخطر كبير للإصابة بمرض الإشعاع ، وزيادة خطر الإصابة بالسرطان ، وتأثيرات الجهاز العصبي المركزي ، والأمراض التنكسية. تقدم الدراسات البحثية للتعرض في الجرعات المختلفة وقوة الإشعاع دليلاً قوياً على توقع الإصابة بالسرطان والأمراض التنكسية من التعرض لأشعة المجرة الكونية (GCR) أو أحداث الجسيمات الشمسية (SPE).
mSv) Milli-Sievert) هو وحدة من وحدات القياس المستخدمة للإشعاع، يتعرض رواد الفضاء للإشعاعات المؤينة بجرعات فعالة تتراوح من 50 إلى 2000 ملي-سيفرت مع العلم ان 1 ملي-سيفرت من الإشعاع الأيوني يعادل حوالي ثلاثة أشعة سينية للصدر. هذا يشبه الحصول على 150 إلى 6000 صورة اشعة سينية للصدر.
- من أين يأتي الإشعاع؟
يمكن إنشاء الإشعاع من قبل البشر (فرن الmicrowave والهواتف المحمولة وأجهزة الراديو والمصابيح الكهربائية والتطبيقات الطبية التشخيصية مثل الأشعة السينية) أو التي تحدث بشكل طبيعي (الشمس ، العناصر المشعة في القشرة الأرضية ، الإشعاع المحاصر في المجال المغناطيسي للأرض ، النجوم ، وغيرها من الأشياء الفيزيائية الفلكية مثل النجوم الزائفة أو مراكز المجرة).
أكبر مصدر للإشعاع على الأرض هو الشمس اذ تبعث الشمس جميع الأطوال الموجية في الطيف الكهرومغناطيسي (EM).
و الأغلبية تكون في شكل إشعاع مرئي ، الأشعة تحت الحمراء ، و الأشعة فوق البنفسجية. من حين لآخر ، تحدث انفجارات عملاقة ، تسمى التوهجات الشمسية ، على سطح الشمس و تطلق كميات هائلة من الطاقة إلى الفضاء على شكل أشعة سينية وأشعة غاما وتيارات من البروتونات والإلكترونات، وهذا ما يسمى حدث الجسيمات الشمسية (SPE). يمكن أن يكون لهذه التوهجات الشمسية عواقب وخيمة على رواد الفضاء ومعداتهم ، حتى في المواقع البعيدة عن الشمس.
- الإشعاع غير المؤين مقابل الإشعاع المؤين :
يمكن أن يكون الإشعاع غير مؤين (طاقة منخفضة) أو مؤين (طاقة عالية). يتكون الإشعاع المؤين من جسيمات لها طاقة كافية لإزالة الإلكترون بالكامل من مداره ، وبالتالي خلق ذرة مشحونة أكثر إيجابية. لا يحتوي الإشعاع الأقل نشاطًا، وغير المؤين على طاقة كافية لإزالة الإلكترونات من المادة التي تعبرها.
تشمل أمثلة الإشعاع المؤين جسيمات ألفا (نواة ذرة الهيليوم تتحرك بسرعات عالية جدًا) ، وجزيئات بيتا (إلكترون أو بوزيترون عالي السرعة) ، وأشعة جاما ، والأشعة السينية ، والإشعاع الكوني المجري (GCR) من الفضاء. تتضمن أمثلة الإشعاع غير المؤين الترددات اللاسلكية والموجات الدقيقة والأشعة تحت الحمراء والضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية (UV). في حين أن العديد من أشكال الإشعاع غير المؤين والمؤينة أصبحت ضرورية لحياتنا اليومية ، فإن كل نوع من الإشعاع يمكن أن يسبب تلفًا للأجسام الحية وغير الحية ، ويلزم اتخاذ احتياطات لمنع المخاطر غير الضرورية.
- لماذا يكون الإشعاع المؤين أكثر خطورة من الإشعاع غير المؤين؟
في حين أن الإشعاع غير المؤين ضار ، فإنه يمكن بسهولة حجبه أي حماية البيئة منه، كما هو الحال مع الأشعة فوق البنفسجية. ومع ذلك ، من الصعب تجنب الإشعاع المؤين، هذا الاشعاع لديه القدرة على التحرك من خلال المواد وتعديلها أثناء مرورها، عندما يحدث هذا ، يؤين الذرات (يطرد الإلكترونات منها) في المادة المحيطة التي تتفاعل معها.
يشبه الإشعاع المؤين كرة مدفع ذات مقياس ذري تنفجر عبر المواد ، تاركة وراءها أضرارًا كبيرة. يمكن أيضًا إنشاء المزيد من الضرر بواسطة الجسيمات الثانوية التي يتم دفعها إلى الحركة بواسطة جزيء الإشعاع الأساسي.
يتم تصنيف الجسيمات المرتبطة بالإشعاع المؤين في الفضاء إلى ثلاث مجموعات رئيسية تتعلق بمصدر الإشعاع:
الأشعة الكونية المجرية ، وجزيئات التوهج الشمسي ، وجزيئات حزام الإشعاع (أحزمة فان ألين: Van Allen Belts ) المحاصرة في الفضاء حول الأرض.
- ما هو الإشعاع الكوني المجري؟
يعد الإشعاع الكوني المجري (GCR) مصدرًا سائدًا للإشعاع الذي يجب التعامل معه على متن المركبات الفضائية الحالية والبعثات الفضائية المستقبلية داخل نظامنا الشمسي. يأتي هذا الاشعاع من خارج النظام الشمسي ولكن بشكل أساسي من داخل مجرتنا درب التبانة و يتكون من نوى الذرات التي تم تجريدها من الإلكترونات المحيطة بها وهي تسير بسرعة الضوء تقريبًا. هناك طريقة أخرى للتفكير في GCR وهي تخيل نواة أي عنصر في الجدول الدوري من الهيدروجين إلى اليورانيوم.
تخيل الآن أن نفس النواة تتحرك بسرعة عالية بشكل لا يصدق، النواة عالية السرعة التي تتخيلها هي GCR. ربما تم تسريع هذه الجسيمات خلال ملايين السنوات القليلة الماضية من خلال المجالات المغناطيسية لبقايا السوبرنوفا.
باختصار ، GCR هي أيونات ثقيلة وعالية الطاقة للعناصر التي تم تجريدها من جميع إلكتروناتها أثناء سيرها عبر المجرة بسرعة الضوء تقريبًا، يمكن أن تسبب للذرات التي تمر عبرها بالتأين، يمكن أن تمر عمليا دون عوائق من خلال مركبة فضائية نموذجية أو جلد رائد فضاء….
- هل نحن محميون من الإشعاع الفضائي على الأرض؟
نعم ، ولكن ليس بالكامل !
الحياة على الأرض محمية من التأثير الكامل للإشعاع الشمسي والكوني من خلال المجالات المغناطيسية التي تحيط بالأرض وبجوها.
تحتوي الأرض أيضًا على أحزمة إشعاعية ناتجة عن مجالها المغناطيسي. يتكون حزام الإشعاع الداخلي ، أو حزام Van Allen Belt ، من إشعاع مؤين في شكل بروتونات نشطة للغاية – منتجات ثانوية للاصطدامات بين GCR وذرات الغلاف الجوي للأرض، تحتوي أحزمة الإشعاع الخارجي على البروتونات والإلكترونات. بينما نسافر بعيدًا عن الدروع الواقية للأرض ، نتعرض للطيف الإشعاعي الكامل وتأثيراته الضارة.
بالإضافة إلى الغلاف الجوي الواقي، نحن محظوظون أيضًا لأن الأرض لها مجال مغناطيسي. إنه يحمينا من التأثيرات الكاملة للرياح الشمسية و GCR. بدون هذه الحماية ، قد لا يكون المحيط الحيوي للأرض موجودًا كما هو اليوم ، أو على الأقل سيقتصر على سطح الأرض..
- ما العوامل التي تحدد مقدار استقبال رواد الفضاء للإشعاع؟
هناك ثلاثة عوامل رئيسية تحدد مقدار الإشعاع الذي يستقبله رواد الفضاء أو كيف يؤثر الإشعاع على رواد الفضاء.
و ذلك يشمل:
- الارتفاع فوق الأرض – على ارتفاعات أعلى ، لا تعود حماية الغلاف الجوي للأرض موجودة و المجال المغناطيسي يصبح أضعف ، لذلك هناك حماية أقل ضد الجسيمات المؤينة ، فتمر المركبات الفضائية عبر أحزمة الإشعاع المحاصرة في كثير من الأحيان.
- الدورة الشمسية – تتمتع الشمس بدورة مدتها 11 عامًا ، تتوج بزيادة هائلة في عدد وكثافة التوهجات الشمسية ، خاصةً خلال الفترات التي يوجد فيها العديد من البقع الشمسية.
- قابلية/حساسية الفرد – الباحثين لا يزالون يعملون على تحديد ما الذي يجعل شخص واحد أكثر عرضة لآثار الإشعاع الفضائي من شخص آخر. هذا مجال تحقيق نشط…
المرجع: المركز الوطني للملاحة الجوية وإدارة الفضاء (NASA)
www.nasa.gov
تحرير و ترجمة: سهى غابري
