У 1952 році професор Каліфорнійського університету Корнелій Тобайес висловив припущення, що після адаптації в темряві людина може побачити проходять через око важкі заряджені частинки. Однак люди, що працюють на ядерних установках або прискорювачах заряджених частинок, знають, що про наявність випромінювання можна судити тільки за показаннями спеціальних приладів. Вони звикли до того, що нитки органи чуття не дають сигналу про радіаційну небезпеку. Тому висловлене Тобайесом припущення викликало сумнів.
Мал. 1. Світлові спалахи, зображені на підставі описів, зроблених космонавтами і експериментаторами.
Мал. 2. Напрями пучків заряджених частинок при експериментах на прискорювачі.
Мал. 3. При проходженні зарядженої частинки через склоподібне тіло очі на центральну частину сітківки потрапляє черенковское випромінювання (світло).
Мал. 4. Зліпок сліду зарядженої частинки в пластиці шолома космонавта.
<
>
Уваги до цього питання залучили спостереження, виконані екіпажем космічного корабля «Аполлон-11» під час польоту на Місяць. Виявлений космонавтом Едвіном Олдріном ефект виникнення світлових спалахів був для нього настільки несподіваним і незрозумілим, що він спочатку не наважувався сказати про нього своїм товаришам. Однак на зворотному шляху Олдрін все ж просив їх перевірити його спостереження. Після приземлення Нейл Амстронг і Майк Коллінз зізналися, що вони так само, як і Олдрін, спостерігали «світлові точки», «рисочки» і кілька «подвійних точок». З всього часу майже всі члени екіпажів космічних кораблів «Аполлон» повідомляли в спостереженні спалахів, який відрізнялися за яскравістю і за формою.
Спалахи спостерігалися після невеликої темнової адаптації та було видно тільки в темряві, як при відкритих, так і при закритих очах, Частота появи спалахів коливалася і в середньому були дорівнює одному спалаху в хвилину. Американський космонавт Чарлз Конрад зазначав, що світлові спалахи, які він спостерігав на «Аполлоні-12», були настільки яскравими, що він не міг би не звернути на них уваги, якби вони виникали по час його польотів на космічних кораблях «Джеміні-3 »і« Джеміні-11 ». Інший космонавт, Джеймс Ловелл, повідомляв, що він спостерігав спалаху під час польоту космічного корабля «Аполлон-13» на Місяць, але при орбітальному польоті на «Аполлоні-8» також не бачив їх.
Спалахи світла у вигляді навколоземному космічному просторі спостерігав тільки один космонавт, М.М. Рукавишников, під час польоту на борту космічного корабля «Союз-10». Під час відпочинку він перебував в затемненому відсіку з закритими очима. Раптово він побачив снігові спалаху, які спочатку прийняв за сигнали миготливого світлового табло, що просвічували крізь віки. Однак табло горіло рівним світлом і яскравість його була недостатньою, щоб створювати спостережуваний ефект.
Розглядаючи можливі причини виникнення світлових спалахів, вчені прийшли до висновку, що їх можна пов'язати з впливом заряджених частинок, що входять до складу космічних променів.
Спостереження космонавтами «Аполлона-11» світлових спалахів стимулювало широке коло експериментальних досліджень не тільки при польотах космічних кораблів «Аполлон» на Місяць, але і на прискорювачах заряджених частинок. Вивчення цього явища являє великим інтерес як для розуміння механізмів взаємодії випромінювання з живою тканиною, так і для оцінки радіаційної небезпеки тривалих космічних польотів.
При польоті «Аполлона-16» проводилося два сеанси спостереженні: під час польоту до Місяця і при повернення на Землю. Під час першого сеансу Чарльз Дьюк одягав спеціальне пристосування з фотоемульсією для реєстрації пролітають часток. Джон Янг спостерігав спалахи, надівши світлозахисні окуляри. Кен Маттінглі реєстрував повідомлення товаришів. Спалахи з'являлися нерегулярно. Дьюк спостерігав в середньому один спалах на 1,3 хвилини, а Янг - за 3,6 хвилини. При польоті до Землі все космонавти брали участь у спостереженнях, використовуючи тільки світлозахисні окуляри. Сеанс спостережень тривав 32 хвилини. Дьюк повідомив про 15 спалахи, Янг - про 7, я Маттінглі не бачив жодного спалаху. Він був першим космонавтом, не бачили спалахів на цій трасі, починаючи з космічного корабля «Аполлон-11».
Можливо, що результати обробки цих експериментальних даних дозволять оцінити характеристики випромінювань, що викликають спалахи світла. Однак в даний час більш достовірні відомості про спалахи отримані в результаті експериментів, розвіданих але прискорювачах заряджених частинок в США і Англії.
При дослідженнях використовувалися пучки нейтронів з максимальною енергією 22 МеВ і 660 МеВ, а також пучки альфа-частинок і прискорених іонів азоту. Експерименти були ретельно сплановані, в спостереженнях «спалахів» брали участь такі вчені, як лауреат Нобелівської премії Е. Макміллан, професор К. Тобайес, космонавт-дослідник Ф. Чапмен і інші. Дози опромінення ретельно контролювалися і були, зрозуміло, нижче гранично допустимих величин.
Найцікавішими виявилися експерименти з пучками альфа-частинок та іонів азоту. У них використовувалися пучки діаметром близько 5 мм, що дозволило чітко обмежити опромінюються області. Спалахи спостерігалися, коли заряджені частинки проходили через центральні відділи сітківки ока (напрямок А на рис. 2). При цьому експериментатор чітко реагував «на пучок» - на включення і виключення прискорювача. Ефект був відсутній, коли частки проходили через склоподібне тіло і кришталик ока або через потиличну частину мозку, де знаходиться корковий центр зорового аналізатора (напрямки В і С на рис. 2). Експерименти дозволили встановити можливість виникнення світлових спалахів при проходженні через сітківку ока частинок, які виробляють на своєму шляху інтенсивну іонізацію. До цих частинок відносяться багатозарядні іони, альфа-частинки і деякі вторинні частки, що виникли в результаті взаємодії нейтронів з атомами біологічної тканини.
Мабуть, під час польотів космонавтів на Місяць спалаху виникали в основному теж за рахунок важких заряджених частинок, які входять до складу космічних променів, що приходять до нас з глибин Галактики. При цьому різниця в спостережуваних картинах і сама їх кількість могли бути обумовлені тим, що обладнання та прилади космічного корабля частково поглинали випромінювання, створювали нерівномірне поле опромінення.
Дещо по-іншому можна пояснити виникнення спалахів при польоті з навколоземних орбітах. Завдяки екрануючій дії магнітного поля, а в одному з напрямків і самої Землі, число важких частинок на цих траєкторіях значно менше. Однак при орбітальних польотах, крім галактичних випромінюванні, на корабель будуть впливати заряджені частинки, захоплені геомагнітним полем. Протони, що входять до складу цих випромінювань, генерують в оболонці корабля нейтрони, які викликають ефект спалахів, аналогічний спостерігався при експериментах з нейтронами на прискорювачах. Області заряджених частинок, захоплених магнітним полем Землі, в основному лежать значно вище траєкторій, за якими проходили орбітальні польоти космічних кораблів. І тільки завдяки аномалій геомагнітного поля області підвищеної радіації спостерігаються на висотах 200 км і навіть нижче.
Найзначніша область підвищеної радіації пов'язана з Бразильської магнітної аномалією - потік частинок у вигляді величезної воронки як би спускається до неї з космосу до земної атмосфери. Космічні кораблі при орбітальному польоті на окремих витках потрапляють в такі області інтенсивних потоків випромінювання. Але одного цього ще недостатньо для спостереження спалахів - необхідно, щоб проходження корабля через область аномалії збіглося з максимальною світловий чутливістю очі, яка виникає під час перебування людини в темряві. Цим, мабуть, можна пояснити те, що, крім Н. Н. Рукавишникова, ніхто з космонавтів не спостерігав спалахів при польотах з навколоземних орбітах.
Таким чином, встановлений в наземних експериментах вплив па сітківку важких заряджених частинок задовільно пояснює виникнення світлових спалахів в очах космонавтів при орбітальних до міжпланетних польотах.
Однак залишається ще чимало відкритих питань. Які процеси проходять в клітинах сітківки? Чи виникає необоротне ураження клітин? Або так само, як при сприйнятті світла, йдуть зворотні процеси в вербних клітинах зорового аналізатора? Не вирішено питання про можливість виникнення спалахів в результаті черенковского випромінювання.
Нагадаємо, що черенковское випромінювання виникає щоразу, коли заряджена частинка проходить через прозоре середовище швидше, ніж швидкість світла в цьому середовищі. При цьому генерується світло, що поширюється в конусі уздовж руху частки. Інтенсивність черенковского випромінювання залежить від швидкості частинки, заломлюючої здатності середовища, і пропорційна квадрату заряду частинки. У космічних променях є частинки з дуже великим зарядом і високими швидкостями. Підрахунки показують: черенковское випромінювання таких частинок може бути настільки сильним, що очей його легко побачить самим звичайним чином.
Однак експериментального підтвердження така гіпотеза до теперішнього часу не отримала. Це пояснюється відсутністю лабораторних джерел швидких багатозарядних частинок і труднощами здійснення такого роду експериментів в космосі. Наявні прискорювачі важких частинок не в змозі поки забезпечити необхідні високі енергії, а багатозарядні частки, які спостерігаються у верхніх шарах атмосфери, ніколи не досягають Землі. Що досягають рівня Землі частки є в основному однозарядними (електрони, півонії, мюони, протони). За наявними оцінками, ці частинки не здатні створити черенковское випромінювання з інтенсивністю, достатньою для безпосереднього спостереження. Це підтверджується експериментами, проведеними з пучками пі-мезонів.
Попутно хочеться відзначити, що сам Павло Олексійович Черенков ще на початку 30-х років, працюючи з радіоактивними джерелами, спостерігав своєрідне слабке світіння (при закритих очах), викликане іонізуючим випромінюванням.
Вельми цікавий експеримент, в якому отримували ефект світіння за допомогою рентгенівських променів. У порівнянні з корпускулярним випромінюванням довелося приблизно в 250 разів збільшити потужність дози рентгенівського випромінювання, щоб експериментатори відчули в поле зору рівномірне сіре світіння. При цьому для того, щоб забезпечити радіаційну безпеку, довелося значно знизити час опромінення. Таким чином, виявилося, що корпускулярне випромінювання у багато разів ефективніше, ніж рентгенівське, впливає на сітківку ока.
Цей факт змушує більш серйозно поставитися до радіаційного впливу галактичних випромінювань на живу тканину. Середня інтенсивність цього випромінювання невелика, вона в середньому лише трохи перевищує абсолютно безпечну норму, встановлену для людей, які працюють з джерелами ядерних випромінювань в наземних умовах. Однак біологічний ефект, викликаний випромінюванням, залежить не тільки від середньої дози, але і від того, як була передана енергія. Різниця в дії рентгенівських променів і важких заряджених частинок образно можна уявити, порівнюючи уколи десятка голочок з одним уколом шпаги. Незважаючи на те, що в обох випадках площа ран може бути однакова, укол шпаги справить сильніше ураження. Важка зарядженачастка, як шпага, врізається в тканину, завдаючи поразки клітинам.
У пластиці шоломів космонавтів, що літали на кораблях «Аполлон», були виявлені сліди важких заряджених частинок. На підставі цих спостережень проведені розрахунки кількості клітин, які будуть вражені при дворічному перебуванні в міжпланетному космічному просторі, як це, наприклад, може бути при польоті до Марса. Розрахунки показали, що поразка непоправних клітин кори головного мозку складе 0,12%. У сітківці очей буде вражений 0,05% і в цілому в нервовій системі - близько 1% клітин.
Наскільки ж велика радіаційна небезпека при тривалих міжпланетних польотах?
В умовах Землі ми ще не можемо змоделювати весь діапазон космічних випромінювань, необхідний для отримання точних оцінок. Чи не дозволяють поки зробити обґрунтовані висновки щодо біологічної небезпеки космічних променів і результати досліджень, виконаних в космічному просторі.
У той же час ефект світлових спалахів в очах космонавтів свідчить, що необхідні подальші дослідження на прискорювачах заряджених частинок і безпосередньо в космічному просторі, перш ніж ми зможемо з достатньою надійністю говорити Про радіаційної безпеки космонавтів при тривалих міжпланетних перельотах.
Які процеси проходять в клітинах сітківки?Чи виникає необоротне ураження клітин?
Або так само, як при сприйнятті світла, йдуть зворотні процеси в вербних клітинах зорового аналізатора?
Наскільки ж велика радіаційна небезпека при тривалих міжпланетних польотах?
