ماموریت تاریخی آرتمیس ۱ ناسا با استفاده از فناوری‌های نوین آشکارسازی، سطوح تشعشعات ماه در اطراف قمر زمین را فراتر از پیش‌بینی‌های اولیه دانشمندان آشکار ساخته است.

ماموریت آرتمیس ۱ ناسا با استفاده از فناوری‌های نوین آشکارسازی، اطلاعات تازه‌ای درباره میزان تشعشعات ماه و خطرات آن برای فضانوردان به دست آورده است. این یافته‌ها می‌توانند به دانشمندان در طراحی روش‌های مؤثرتر برای محافظت از فضانوردان در ماموریت‌های آینده کمک کنند.

ماموریت آرتمیس ۱ و آشکارسازی تشعشعات ماه

در ماموریت بدون سرنشین آرتمیس ۱ که در نوامبر و دسامبر ۲۰۲۲ (آذر ۱۴۰۱) انجام شد، فضاپیمای Orion بیش از ۱۰ هزار کریستال کوچک را درون دو ماکت انسان‌نما به اطراف ماه برد. بخشی از این کریستال‌ها، آشکارسازهای فلوراید لیتیوم ساخته‌شده توسط دانشمندان موسسه فیزیک هسته‌ای آکادمی علوم لهستان بودند که میزان تشعشعات ماه را ثبت کردند.

محققان روش تازه‌ای برای تحلیل اطلاعات ذخیره‌شده در این کریستال‌ها توسعه دادند که نتایج آن در مجله Radiation Measurements منتشر شد. این آشکارسازها برخلاف دستگاه‌های الکترونیکی، به‌صورت غیرفعال عمل می‌کنند و اطلاعات مربوط به برخورد ذرات را در ساختار خود نگه می‌دارند.

• بازگشت انسان به ماه با آرتمیس IV؛ ماموریتی که می‌تواند سفرهای فضایی را برای همیشه تغییر دهد
• ۶۰ سال پیش در چنین روزی؛ ناسا اولین عکس زمین را از ماه گرفت
• برخی میکروب‌ها می‌توانند روی ماه زنده بمانند؛ نگرانی جدید ناسا برای آلودگی قمری

آشکارسازهای فلوراید لیتیوم چگونه کار می‌کنند؟

هنگامی که ذرات باردار از کریستال‌های فلوراید لیتیوم عبور می‌کنند، تغییرات میکروسکوپی به نام «مراکز رنگ» در ساختار آن‌ها ایجاد می‌شود. تاباندن نور آبی به کریستال، این نقاط را به رنگ قرمز درمی‌آورد و دانشمندان می‌توانند مسیر حرکت ذرات را زیر میکروسکوپ بررسی کنند.

مزیت این فناوری، سادگی بررسی مسیر ذرات است. برخلاف آشکارسازهای پلاستیکی قدیمی که به پردازش شیمیایی نیاز دارند، کریستال‌های فلوراید لیتیوم با میکروسکوپ فلورسانس معمولی قابل بررسی هستند.

با این حال، اندازه‌گیری تابش کیهانی در فضا به دلیل تنوع ذرات و انرژی آن‌ها کار دشواری است. محققان برای رفع این مشکل، نرم‌افزارهایی را توسعه دادند که سیگنال‌های ناخواسته را حذف می‌کنند و دقت تحلیل را افزایش می‌دهند.

نتایج این روش با اندازه‌گیری‌های آشکارسازهای متداول حداکثر ۱۵ درصد اختلاف داشت. علاوه بر این، دانشمندان توانستند مسیر ذراتی را شناسایی کنند که انرژی آن‌ها کمتر از آستانه تشخیص دستگاه‌های قدیمی‌تر بود.

تفاوت تشعشعات ماه با مدار زمین

داده‌های آرتمیس ۱ امکان مقایسه میزان تشعشعات در نزدیکی ماه با نتایج آزمایش‌های پیشین در ایستگاه فضایی بین‌المللی را فراهم کرد. در مدار پایین زمین، پروتون‌های کم‌انرژی محبوس در کمربندهای ون آلن باعث ایجاد تفاوت در میزان تابش دریافتی بخش‌های مختلف بدن می‌شوند.

اما در نزدیکی ماه، این کمربندها وجود ندارند و تابش عمدتاً از ذرات پرانرژی کیهانی تشکیل شده است. به همین دلیل، آشکارسازهای قرارگرفته در ماکت‌های آرتمیس ۱ دوزهای تابشی تقریباً یکنواختی را در بخش‌های مختلف بدن ثبت کردند.

نکته جالب این است که اگرچه میزان تشعشعات ماه از مدار پایین زمین بیشتر است، اختلاف آن‌ها به اندازه‌ای نیست که دانشمندان در ابتدا انتظار داشتند. نبود پروتون‌های کم‌انرژی کمربندهای ون آلن در نزدیکی ماه، یکی از دلایل کمتر بودن این اختلاف نسبت به پیش‌بینی‌های اولیه است.

آینده آشکارسازهای تابش در ماموریت‌های فضایی

کریستال‌های فلوراید لیتیوم با استفاده از روش چوکرالسکی ساخته می‌شوند و اندازه‌ای در حد چند میلی‌متر دارند. ابعاد کوچک آن‌ها، استفاده از این فناوری را برای پایش تشعشعات در ماموریت‌های فضایی آسان‌تر می‌کند.

این آشکارسازها می‌توانند مسیر ذرات مختلف را با وضوح مناسبی ثبت کنند و حتی در شرایط تابش بالا، اطلاعات ارزشمندی در اختیار دانشمندان قرار دهند. قابلیت شناسایی نوترون‌ها با استفاده از لیتیوم-۶ نیز از دیگر ویژگی‌های آن‌هاست.

در مجموع، داده‌های آرتمیس ۱ شناخت دانشمندان از تابش کیهانی در نزدیکی ماه را بهبود داده است. این فناوری می‌تواند در ماموریت‌های آینده، از جمله سفرهای سرنشین‌دار به ماه، برای ارزیابی میزان مواجهه فضانوردان با تشعشعات و طراحی روش‌های محافظتی مؤثرتر به کار گرفته شود.