Aceste imagini arată creşterea treptată a calităţii observării radiaţiei Lunii în raze gama, surprinse de Telescopul Spațial de Raze Gama Fermi al NASA. Din 5 în 5 grade, imaginea este centrată pe Lună și surprinde raze gama cu o energie ce depășește 31 de milioane de electronvolţi sau, altfel spus, este de 10 milioane de ori mai mare decât cea a luminii vizibile. La aceste energii, Luna este, de fapt, mai strălucitoare decât Soarele. Culorile mai strălucitoare indică un număr mai mare de raze gama. Timpul de expunere mai mare, variind de la 2 la 128 de luni (10,7 ani), a îmbunătățit imaginea.
Credit : NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration

Această ciudată, infernală strălucire ce vine dinspre Lună ar putea părea ireală în această imagine, deoarece ochii noștri nu o pot percepe. Totuși, instrumentele care detectează raze gama ne spun că este reală. Fiind mai mult decât o aglomerare de pixeli roși, această imagine este o dovadă clară că ochiul uman nu poate percepe decât o mică parte din ceea ce se petrece în univers.

Aceasta ne mai amintește și de faptul că orice om ce va vizita Luna va trebui protejat de radiațiile de energie înaltă.


De la raze cosmice la raze gama


Telescopul Spaţial de Raze Gama Fermi a surprins imaginile de mai sus, reprezentând imaginea în raze gama provenite de pe Lună. În această parte a spectrului electromagnetic Luna este, de fapt, mai strălucitoare decât Soarele. Aceasta se datorează, în mare parte, faptului că Soarele produce mare parte din energie sa în alte porțiuni ale spectrului, deși emite și raze gama, în special în timpul exploziilor solare.

Majoritatea razelor gama din sistemul nostru solar provin de la quasari sau nuclee galactice active (eng. active galactic nuclei - AGN). Luna reprezintă o sursă indirectă de radiații gama și produce raze gama în urma interacţiunii cu raze cosmice.

Razele cosmice sunt un tip de radiație de energie ridicată, care, în mare parte, este produsă în afara sistemului nostru solar. Acestea sunt produse de corpuri cerești precum supernovele și nucleele active ale unor galaxii. În momentul în care razele cosmice lovesc materia, suprafața Lunii în cazul de față, acestea dau naștere la raze gama.



Imagine artistică a unui nucleu galactic activ care adăpostește un blazar de energie mare. Când aceste raze lovesc Luna, se creează raze gama.
Credit: NASA/Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab



Doi cercetători de la Institutul Național Italian de Fizică Nucleară, Mario Mazziotta și Francesco Loparco, studiază radiațiile gama pentru a înțelege razele cosmice. Razele cosmice reprezintă particule cu viteze foarte mare, generate de surse precum supernovele menționate anterior și AGN-uri.

"Razele cosmice sunt compuse în mare parte din protoni accelerați de unele dintre fenomenele cu cea mai puternică energie din univers, ca suflul exploziei unei stele și jeturile produse de materia ce cade într-o gaură neagră", explică Mazziotta într-un comunicat de presă al NASA.

Particulele ce formează razele cosmice sunt încărcate electric. În momentul în care lovesc un câmp magnetic, precum magnetosfera Pământului, acestea sunt în mare parte reflectate. Dar Luna nu are un câmp magnetic.

Rezultatul este că până și cele mai slabe raze cosmice lovesc suprafața Lunii în mod direct și generează raze gama. Majoritatea razelor gama ce i-au naștere astfel sunt absorbite de către Lună, dar unele scapă în spațiul cosmic. Iar telescopul Fermi le poate observa, transformând Luna, în mod neintenţionat, într-un detector de particule.

Telescopul Spaţial de Raze Gama Fermi (FGRST) funcţionează de 11 ani. Mazziotta și RezLoparco au studiat fotografii ale Lunii de-a lungul timpului, iar imaginile obţinute sunt din ce în ce mai bune.

Intensitatea radiațiilor gama lunare variază în timp. Mazziotta și Loparco au observat emisii de raze gama ce depășeau 31 milioane de electronvolți, fiind de 10 milioane de ori mai puternice decât lumina vizibilă și au organizat aceste date în funcție de timp. Rezultatul este prezentat în prima imagine din acest articol, care arată imaginea îmbunătățită de-a lungul timpului.

Faptul că Luna emite aceste raze gama este important de ştiut. Programul NASA Artemis va trimite mai mulți astronauți pe Lună pentru perioade de timp posibil mai mari decât cele ale misiunilor anterioare. Va fi necesar ca aceștia să fie protejați atât de razele cosmice care lovesc Luna, cât și de razele gama care apar în urma acestora.

 


O interacțiune complexă


Conexiunea dintre razele cosmice, razele gama, Lună și Soare poate fi complexă. Razele gama pot avea niveluri diferite de energie. Spre exemplu, aceste imagini de la FGRST pot capta numai raze gama ce depășesc 31 milioane electronvolți (MeV) până la un anumit punct. Dar razele gama pot avea o energie mult mai mare decât atât, putând atingând miliarde sau chiar trilioane de MeV.



Observatorul de raze gama Fermi nu este singurul observator care urmărește radiația gama de pe Lună. Observatorul de raze gama Compton a surprins această imagine a razelor gama ale Lunii.
Credit: By D. J. Thompson, D. L. Bertsch (NASA/GSFC), D. J. Morris (UNH), R. Mukherjee (NASA/GSFC/USRA).


Deoarece razele cosmice sunt încărcate electric, acestea pot fi reflectate de câmpurile magnetice, iar Soarele, având un câmp magnetic puternic, lasă numai cele mai puternice raze să îl lovească. La rândul lor, aceste raze cosmice puternice lovesc partea densă a atmosferei solare și creează raze gama foarte puternice.  Astfel, Soarele produce mai multe raze gama ce depășesc 1 miliard de electronvolți decât Luna.

Ciclul de 11 ani al Soarelui afectează, de asemenea, razele cosmice care lovesc Luna și razele gama care sunt create. În timpul acestui ciclu, Soarele are variații ale câmpului său magnetic. Rezultatul este că, uneori, razele comice lovesc de mai multe ori Luna. Variația razelor cosmice ce lovesc suprafața lunară duce la variația razelor gama emise de Lună. Conform datelor culese de Fermi, acestea pot varia cu 20%.



Câmpul magnetic al Soarelui variază atât în complexitate, cât și în intensitate în timpul ciclului său de 11 ani.
Această comparație arată complexitatea relativă a câmpului magnetic solar între ianuarie 2011 și iulie 2014. În ianuarie 2011, la trei ani după minimul solar, câmpul este relativ simplu, cu linii de câmp deschise, concentrate în aproprierea polilor. La maximul solar, în iulie 2014, structura este mult mai complexă, cu linii deschise și închise situate pe toată suprafața soarelui.


Razele gama ce vin dinspre Lună și razele cosmice care le dau naștere reprezintă un mare pericol pentru astronauți, deoarece ambele sunt radiații ionizante cu o putere mare de penetrare. Pentru a-i apăra pe astronauți de acest pericol este nevoie de o protecție foarte bună. Materialele cu un număr atomic mai mare oferă o protecție mai bună. Plumbul (număr atomic 82) este un material care oferă o protecție ridicată, deoarece este și foarte dens.

Cât despre razele gama de energii mai mici, riscul este cauzat de expunerea în timp a astronauților la acestea. Gândiţi-vă la diferența dintre o persoană (doctor, de exemplu) care utilizează razele X zilnic și un pacient care este supus la raze X. Timpul de expunere al unui pacient la raze X nu este foarte mare, astfel că pacientul acceptă riscurile. Pentru specialişti însă, lucrurile stau diferit. Aceștia sunt expuși în fiecare zi la acestea, astfel că părăsesc încăperea și sunt protejați de razele X de materiale precum plumbul.

Același lucru se întâmplă și la astronauți. Cu cât stau pe Lună într-un mediu plin de raze gama și raze cosmice, cu atât trebui să își limiteze expunerea la acestea. Nu doar prin protecție materială, ci și prin o expunere la radiații într-un interval limitat de timp.


Încercând să înțelegem mediul radioactiv lunar

Telescopul Spaţial de Raze Gama Fermi îi ajută pe cercetători să înțeleagă care sunt riscurile generate de razele gama și razele cosmice pe Lună. Dacă sunt momente în care Luna emite mai puțin de 20% de radiație gama decât de obicei, datorită ciclului de 11 ani al soarelui, atunci am putea profita de acel interval de timp.


Clic dreapta - View (pentru o imagine cu rezoluţie superioară)
Dacă am vedea cerul în raze gama, în același mod în care este văzut de telescopul spațial Fermi, atunci acesta ar fi de nerecunoscut.
Această imagine este construită după 6 ani de observații făcute de telescopul Fermi. Aceasta surprinde întregul cer la energii între 50 de miliarde (GeV) și 2 trilioane de electronvolți (TeV). Banda strălucitoare din centru reprezintă planul central al Căii Lactee. Unele dintre cele mai strălucitoare surse sunt plerionii (eng. pulsar wind nebulae) și rămășițe de supernove din interiorul galaxiei noastre, pe lângă galaxiile aflate la mari distanțe numite blazare ce au ca sursă de energie găurile negre.
În imagine sunt marcate cele mai puternice surse de energie, toate fiind localizate în interiorul galaxiei noastre și emițând raze gama ce depășesc 1 TeV.
Credit imagine : NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration


Expunerea la radiații este una dintre principalele bariere în calea călătoriilor spațiale și a misiunilor pe termen lung. Magnetosfera și atmosfera Pământului sunt ambele bariere împotriva radiație. Dar până și în orbita joasă a Pământului, astronauții riscă o expunere la radiații puternice.

Dacă vom avea o prezență umană pe Lună, este absolut necesar să înțelegem mediul radioactiv de acolo. NASA studiază mediul radioactiv lunar din anul 2005, anticipând o posibilă viitoare bază umană pe Lună.

Când Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) a fost lansat în 2009, acesta conținea un instrument numit Cosmic Ray Telescope for the Effects of Radiation (CRaTER). Misiunea lui CRaTER este să analizeze radiaţiile de pe Lună și impactul biologic pe care acestea îl vor avea asupra astronauților. La acel moment Harlan Spence, cercetătorul principal al CRaTER, declara: "Nu numai că măsurăm radiația, ci folosim plastic ce se comportă asemeni țesutului uman pentru a observa cum particulele de energie ridicată penetrează și interacționează cu corpul uman".

Imaginile Lunii în raze gama realizate de Telescopul Fermi reprezintă o altă bucată din puzzle-ul radiaţiilor. Iar acest puzzle trebuie rezolvat înainte de a exista o speranță reală pentru baze lunare de termen lung sau misiuni umane către planeta Marte.



Traducere după When it comes to gama radiation the moon is actually brighter than the sun