Влияние Южно-Атлантической аномалии на радиационное воздействие на высотах полета во время солнечного минимума

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 9348 (2023) Цитировать эту статью

Подробности о метриках

Южно-Атлантическая аномалия (ЮАА) — это географический регион над южной частью Атлантического океана, где внутренний радиационный пояс Ван Аллена простирается особенно близко к Земле. Это приводит к резкому повышению уровня ионизирующего излучения и связанным с этим воздействиям на космические аппараты на низких околоземных орбитах, например, соответственно к увеличению радиационного облучения космонавтов и электронных компонентов на Международной космической станции. По городской легенде, САА также должна влиять на радиационное поле в атмосфере вплоть до высот гражданской авиации. Чтобы идентифицировать и количественно оценить любые дополнительные вклады в повсеместное радиационное воздействие галактического космического излучения на высотах полета, были выполнены комплексные измерения, пересекающие географический регион ЮАР на высоте 13 км в рамках уникальной миссии полета - «Атлантический поцелуй». Никаких признаков повышенного радиационного воздействия обнаружено не было.

Земля эффективно защищена от космического излучения своим магнитным полем и атмосферой1. Геомагнитное поле напоминает дипольное поле на некотором расстоянии от поверхности Земли. Заряженные частицы из космоса и продукты распада нейтронов, образующихся в атмосфере, задерживаются в так называемых радиационных поясах Ван Аллена, окружающих Землю. Однако ось магнитного поля в форме диполя смещена и наклонена относительно оси вращения Земли, что приводит к явлению так называемой Южно-Атлантической аномалии (ЮАА). Он охватывает южную часть Атлантического океана от Африки до Южной Америки и от экватора до Антарктиды и может быть охарактеризован как регион с пониженной напряженностью геомагнитного поля по сравнению с сопоставимыми широтами2. В результате внутренний радиационный пояс Ван Аллена простирается вниз особенно близко к Земле, что приводит к сильному повышению уровня радиации в околоземном космическом пространстве в этом регионе. Этот эффект представляет угрозу безопасности полета человека в космос и электронным компонентам, например, на МКС. Повышенные уровни ионизирующего излучения во время транзитов SAA уже были измерены на борту российской космической станции МИП («Мир»)3 и на борту МКС4,5,6. Внутри МКС, которая вращается вокруг Земли на высоте около 420 км, средние суточные мощности дозы в кремнии, измеренные в период с марта по апрель 2021 года, составили около 280 мкГр/день, а пиковые значения достигали нескольких сотен мкГр/мин, что близко к центр САА. Значения доз даже увеличиваются на больших высотах и ​​при более низком геомагнитном экранировании, например, наблюдая с помощью детектора RAMIS (Измерения радиационного излучения в космосе) на борту спутника DLR Eu: CROPIS (Euglena gracilis: Комбинированное регенеративное производство органических продуктов питания в космосе) на полярной орбите в около 600 км7. На рисунке 1 показана карта мощности дозы в кремнии за период с марта по апрель 2021 года за средней защитой из алюминия толщиной 3 мм, измеренная RAMIS до широты ± 83 °. Географический регион ЮАА характеризуется сильным увеличением мощностей доз в кремнии с пиковыми значениями до 180 мкГр/мин в пределах активной зоны ЮАА.

Мощность поглощенной дозы (мкГр/мин) в кремнии на высоте 600 км, измеренная с помощью прибора RAMIS на борту спутника DLR Eu:CROPIS в марте и апреле 2021 года.

Несколько примеров радиационного повреждения спутников, проходящих через SAA, приведены Олсоном и Амитом, которые также поднимают вопрос, существуют ли проблемы со здоровьем, создаваемые SAA, даже на меньших высотах, то есть «в диапазоне высот коммерческих 5–10 км». путешествие на самолете» 2. В статье немецкого научно-популярного журнала «Bild der Wissenschaft» был распущен слух о том, что внутренний радиационный пояс Ван Аллена будет влиять на радиационное воздействие на высотах гражданской авиации и в Южно-Атлантическом регионе и что доза радиации на перелет из Франкфурта в Буэнос-Айрес обойдется примерно в 1000 раз дороже, чем перелет в Токио, хотя никаких научных подтверждений этому утверждению в этой статье не приведено8. Тем не менее, этот слух быстро распространился среди членов немецких летных экипажей и с тех пор вызывает беспокойство. Хотя измерения значений на авиационных высотах в регионе Южной Атлантики, опубликованные Federico et al. в 2015 году не было никаких указаний на локальное увеличение мощности дозы9, эти слухи были дополнительно подкреплены, например, статьей, доступной на веб-странице Немецкого исследовательского центра геонаук (GFZ), в которой говорилось, что «… защита от вредного излучения из космоса снижается» в регионе ЮАР, что приводит к «… повышенным дозам радиации для пассажиров дальних рейсов»10. Более того, даже сторонники заговора утверждали, что общественность будет намеренно дезинформирована о предполагаемом значительно повышенном уровне радиационного воздействия на высоте 12 км в географическом регионе САА11. Дальнейшая паникерская или вводящая в заблуждение информация, т.е. не исключающая авиацию и меньшие высоты применительно к эффектам на низкой околоземной орбите (НОО), распространяется в Интернете, например, в Википедии с использованием поискового термина «SAA». Например, утверждение «Auch auf der Erdoberfläche ist die ionisierende Strahlung erhöht» («ионизирующее излучение увеличивается даже на уровне земли», немецкая версия Википедии, по состоянию на 27 февраля 2023 г.)12 в контексте SAA вводит в заблуждение, поскольку измеримое увеличение ионизирующей радиации на уровне земли вызвано земной радиоактивностью, например, 232Th13, 14. Однако этот феномен введения в заблуждение информации не ограничивается немецкоязычными странами, например, «Pour une height donnée, le niveau de Radiations en venance de l'espace est plus élevé dans l'Atlantique sud qu'en d'autres Points du Globe" ("На данной высоте уровень радиации, поступающей из космоса, в Южной Атлантике выше, чем в других точках земного шара). ", французская версия Википедии, по состоянию на 27 февраля 2023 г.)15 или "Omdat het aardmagneetveld zwakker wordt Met zo'n 5% per eeuw, neemt de bescherming Door de Van Allen-gordels ook af en komt de ZAA steeds lager boven het aardoppervlak te liggen» («Поскольку геомагнитное поле ослабевает примерно на 5% за столетие, экранирование поясов Ван Аллена также уменьшается, и SAA приближается все ближе и ближе к поверхности Земли», голландская версия Википедии, по состоянию на 27 февраля 2023 г.) )16. Хотя городская легенда о более высоких дозах радиации на высотах полета в географическом регионе САА может вызвать беспокойство у пассажиров и экипажей, она пока не подтверждена никакими научными доказательствами.