Ludzkość stoi u progu nowej ery eksploracji kosmosu. Odliczanie do historycznej misji Artemis II, która ma zabrać czwórkę astronautów w lot wokół Księżyca, już trwa. Jednak oczy naukowców z NASA oraz Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) skierowane są obecnie nie tylko na rakietę SLS i kapsułę Orion, ale przede wszystkim na naszą gwiazdę centralną. Niezwykle silny rozbłysk słoneczny przypomniał całemu światu, że pogoda kosmiczna pozostaje jednym z najbardziej nieprzewidywalnych i niebezpiecznych czynników w lotach załogowych poza niską orbitę okołoziemską.
W poniedziałek, 30 marca o godzinie 02:47 czasu UTC, Słońce wyemitowało potężny rozbłysk klasy X1.4. Klasa X to najwyższa i najbardziej energetyczna kategoria tego typu zjawisk. Choć sam rozbłysk trwał zaledwie godzinę, jego wystąpienie w przeddzień planowanego startu misji Artemis II wywołało poruszenie wśród ekspertów zajmujących się bezpieczeństwem radiacyjnym. Jak podkreśla profesor Keith Ryden, lider zespołu ds. ochrony środowiska kosmicznego w Surrey Space Centre na Uniwersytecie w Surrey, choć to konkretne wydarzenie nie stanowiło bezpośredniego zagrożenia dla misji, jest ono wyraźnym sygnałem ostrzegawczym.
Problem polega na tym, że rozbłyski tej skali często idą w parze z koronalnymi wyrzutami masy (CME) oraz emisją cząstek o wysokiej energii. Poruszają się one z prędkościami bliskimi prędkości światła, co sprawia, że docierają do układu Ziemia-Księżyc w niezwykle krótkim czasie. Dla astronautów przebywających wewnątrz statku kosmicznego, takie cząstki są niezwykle trudne do zatrzymania – potrafią one przenikać przez standardowe osłony radiacyjne, stwarzając bezpośrednie zagrożenie dla zdrowia załogi oraz integralności systemów elektronicznych.
Dlaczego położenie ma znaczenie?
Kluczowym aspektem, który obecnie monitorują naukowcy, jest rotacja Słońca. Poniedziałkowy rozbłysk nastąpił we wschodniej części tarczy słonecznej. Z punktu widzenia dynamiki plazmy, jest to wiadomość relatywnie dobra, gdyż strumień cząstek nie był skierowany bezpośrednio w stronę Ziemi. Jednakże, wraz z obrotem naszej gwiazdy, ten sam „aktywny region” przesuwa się w stronę zachodnią. To właśnie tam dochodzi do powstania tzw. połączenia magnetycznego z Ziemią i Księżycem.
Zjawisko to można porównać do autostrady magnetycznej, po której naładowane cząstki mogą podróżować znacznie swobodniej i szybciej bezpośrednio w stronę naszych statków kosmicznych. Eksperci ostrzegają, że ten sam region, który dziś wydaje się groźny, za kilka dni może stać się źródłem bezpośredniego ostrzału radiacyjnego. Niestety, współczesna nauka wciąż nie dysponuje narzędziami pozwalającymi z całą pewnością przewidzieć, czy dany region wygaśnie, czy też wygeneruje kolejny, jeszcze potężniejszy wybuch.
Lekcja z przeszłości: Apollo i „szczęście” astronautów
Aby zrozumieć skalę ryzyka, warto cofnąć się do czasów programu Apollo. Profesor Clive Dyer, współpracujący z Surrey Space Centre, a wcześniej zaangażowany w misje księżycowe NASA, przypomina o wydarzeniach z sierpnia 1972 roku. W okresie między misjami Apollo 16 a Apollo 17 doszło do jednej z największych burz słonecznych w erze kosmicznej. Gdyby astronauci znajdowali się wtedy w drodze na Księżyc, skutki dla ich zdrowia mogłyby być katastrofalne.
Wysokoenergetyczne cząstki promieniowania nie tylko powodują uszkodzenia komórek biologicznych, ale są również główną przyczyną awarii komputerów pokładowych i systemów nawigacyjnych. NASA wyciągnęła z tamtych wydarzeń lekcję, wprowadzając wielowarstwowe systemy zabezpieczeń i procedury awaryjne. Mimo to, każdy incydent słoneczny jest unikatowy, a warunków panujących w głębokiej przestrzeni kosmicznej nie da się w pełni zasymulować w laboratoriach na Ziemi.
Przyszłość monitoringu: Instrument HEPI i misja VMMO
W obliczu planów budowy stałych baz na Księżycu, konieczne jest opracowanie bardziej precyzyjnych metod monitorowania pogody kosmicznej. Surrey Space Centre we współpracy z Europejską Agencją Kosmiczną (ESA) oraz Brytyjską Agencją Kosmiczną pracuje nad nowoczesnym instrumentem o nazwie HEPI (High Energy Particle Instrument). Jest to ultrakompaktowe urządzenie przeznaczone do pomiaru cząstek o wysokiej energii bezpośrednio w środowisku księżycowym.
Instrument HEPI ma zostać umieszczony na orbicie Księżyca jako część ładunku CLAIRE w ramach misji ESA Volatile Mineralogy Mapping Orbiter (VMMO). Celem tego przedsięwzięcia jest dokładne scharakteryzowanie zagrożeń radiacyjnych, na jakie będą narażone przyszłe bazy księżycowe oraz załogi zmierzające w stronę Marsa. Dopóki jednak nie będziemy dysponować tak zaawansowanymi systemami wczesnego ostrzegania na miejscu, misje takie jak Artemis II będą musiały polegać na precyzyjnych analizach ziemskich ośrodków meteorologii kosmicznej i nadziei, że Słońce pozostanie dla nich łaskawe.
Dla inżynierów i kontrolerów misji w Houston, najbliższe godziny będą czasem intensywnej pracy. Choć prognozy pogody na Florydzie sprzyjają startowi rakiety, to prawdziwa walka o bezpieczeństwo rozegra się na poziomie cząstek subatomowych i pól magnetycznych, setki tysięcy kilometrów nad naszymi głowami.