シールドを高める: 新しいアイデアにより、積極的な保護が実現する可能性があります

1989 年 10 月 19 日、協定世界時 12 時 29 分、クラス X13 の大規模な太陽フレアが非常に強力な磁気嵐を引き起こし、翌日にはオーロラが日本、アメリカ、オーストラリア、さらにはドイツの空を照らしました。 もし当時あなたが月の周りを飛んでいたら、6 シーベルト以上の放射線を吸収したでしょう。これは 1 か月ほどで死亡する可能性が高い線量です。

だからこそ、今年人類をフライバイミッションに連れて行くことになっているオリオン宇宙船には、乗組員のために厳重に保護された防風シェルターが設置されているのだ。 しかし、オリオンの盾は30日間の任務を想定して設計されているため、そのようなシェルターは火星への旅行には十分ではありません。

地球上で得ているのと同様の保護を得るには、何百トンもの物質が必要ですが、これは軌道上ではまったく不可能です。 基本的な代替案、つまり地球の磁場と同じように荷電粒子を偏向させるアクティブ シールドを使用する方法が、1960 年代に初めて提案されました。 今日、いよいよ実用化に近づいてきました。

深宇宙放射線

宇宙放射線には 2 つの異なる種類があります。 フレアやコロナ質量放出などの太陽現象は、荷電粒子 (主に陽子) の非常に高い流束を引き起こす可能性があります。 避難所がない場合には悪影響を及ぼしますが、太陽陽子はほとんどが低エネルギーであるため、防御するのは比較的簡単です。 太陽粒子イベントのフラックスの大部分は 30 MeV から 100 MeV の間であり、オリオン座のようなシェルターによって阻止される可能性があります。

次に、銀河宇宙線があります。これは、遠く離れた超新星や中性子星によって駆動され、太陽系の外から飛来する粒子です。 これらは比較的まれですが、常にあらゆる方向から襲いかかってきます。 また、200 MeV から数 GeV までの高いエネルギーを持っており、透過性が高くなります。 厚いブロックでは、それに対する保護はあまり得られません。 高エネルギーの宇宙線粒子が薄いシールドに衝突すると、非常に多くの低エネルギー粒子が生成されるため、シールドがまったくない方が良いでしょう。

70～500 MeV のエネルギーを持つ粒子は、宇宙飛行士が宇宙で受ける放射線量の 95% を占めます。 太陽嵐は非常に激しく、急速に多くの損害を引き起こす可能性があるため、短距離のフライトでは主な懸念事項となります。 しかし、長く飛行するほど、GCR の線量は時間の経過とともに蓄積され、私たちが邪魔しようとするほとんどすべてのものを通過する可能性があるため、GCR はさらに問題が生じます。

家で私たちの安全を守ってくれるのは何ですか

この放射線がほとんど私たちに届かないのは、地球には多段階の自然保護システムが備わっているためです。 それは磁場から始まり、入ってくる粒子のほとんどを極に向かって偏向させます。 磁場中の荷電粒子は曲線に従い、磁場が強いほど曲線はきつくなります。 地球の磁場は非常に弱く、入ってくる粒子をほとんど曲げませんが、磁場は巨大で、宇宙まで何千キロメートルも広がります。

磁場を通過したものはすべて大気中に広がり、保護という点では、厚さ 3 メートルのアルミニウムの壁に相当します。 最後に、地球自体があります。地球の底には常に 65 億トンの岩石があり、放射線量が半分になります。

これを大局的に考えると、アポロ乗組員モジュールでは乗組員と放射線の間に 1 平方センチメートルあたり平均 5 グラムの質量が存在していました。 一般的な ISS モジュールにはその 2 倍の約 10 g/cm2 が含まれていますが、オリオンのシェルターの重さは座る場所によって異なりますが、35 ～ 45 g/cm2 で、重さは 36 トンあります。 地球上では、大気だけで 810 g/cm2 が得られ、これは私たちの最もよく保護された宇宙船のほぼ 20 倍です。

2 つの選択肢は、より多くの質量を追加するか (すぐに高価になりますが)、ミッション期間を短縮するかですが、これは常に可能であるとは限りません。 したがって、負の質量放射線ソリューションでは、たとえポリエチレンや水などの最良の遮蔽材を使用したとしても、長時間のミッションでは効果が得られません。 だからこそ、地球の磁場の小型化と持ち運びが可能なバージョンを作ることが、宇宙探査の初期から検討の対象となっていたのです。 残念ながら、これは言うは易く行うは難しであることが分かりました。