Approfondimento sui raggi cosmici di origine galattica

A quanto già scritto nell’articolo voglio aggiungere che in realtà la natura delle radiazioni cosmiche è abbastanza sconosciuta per poter trovare una soluzione.
Le radiazioni solari sono ben studiate, si capisce grosso modo come si generano e come agiscono sul corpo umano. Quelle che arrivano dallo spazio profondo no.

Addirittura ci sono una 70ina di particelle ad altissima energia arrivate sulla Terra di cui gli scienziati non hanno nemmeno la minima idea di come si siano potute generare. La più carica di queste:
http://www.cosmic-ray.org/reading/flyseye.html#SEC10
aveva un’energia di 50 Joule. Cioè non so se rendo bene l’idea, ma un protone per arrivare a 50 joule ha avuto sicuro nella sua vita un evento a dir poco traumatizzante. Se ti sparano un protone simile, non c’è giubotto antiprotone che regga.

Molte delle misure effettuate dalla Terra possono essere viziate dall’atmosfera e dal campo magnetico; gli strumenti a bordo delle sonde interplanetarie sono abbastanza piccoli per effettuare delle rilevazioni significative.

Quindi al di fuori del campo magnetico terrestre non abbiamo esperienza per trattare le radiazioni. Il 2024 sarà un ottimo banco di prova. Nelle missioni Apollo non c’era assolutamente la consapevolezza di quello che gli astronauti stavano rischiando.

La particella menzionata prima è stata rinominata Particella Oh-My-God.

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Non conosciamo i meccanismi astrofisici che producono i raggi cosmici ad altissima energia, ma la composizione e frequenza dei raggi cosmici e’ piuttosto ben conosciuta. Inoltre, questi raggi cosmici ad altissima energia sono molto, ma molto, rari:

These particles are extremely rare; between 2004 and 2007, the initial runs of the Pierre Auger Observatory (PAO) detected 27 events with estimated arrival energies above 5.7×1019 eV, i.e., about one such event every four weeks in the 3000 km2 area surveyed by the observatory.

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Ma in questi anni/decenni sono state lanciate delle sonde, per misurare la quantità e l’intensità delle radiazioni in orbita/superifice lunare?

È conosciuta solo quella che arriva a terra. L’osservatorio da te citato è a soli 1500 metri di quota, il pianeta ci protegge dai raggi cosmici, non possono essere rilevati.
Il mio era solo un esempio di particelle non conosciute (no, composizione e frequenza non sono note), ci sono altri tipi di raggi cosici più o meno classici. Ad esempio i GRB, i lampi gamma, sono noti nel senso che è noto che esistono, ma la prima osservazione della testa del raggio risale al 2016. Nessun GRB arriva a terra, perché l’atmosfera li assorbe (è vero però che qualche onda prodotta dopo l’interazione è misurabile da terra).

Quello che voglio dire è che c’è ancora tanto da capire sulla natura di queste radiazioni, prima di capire gli effetti sulla salute umana e come proteggersi. Un avamposto come il Lunar Gateway, o addirittura una base lunare, costituiranno un’ottima infrastruttura per porre strumenti scientifici adatti alla rilevazione ad un costo minore di un satellite, un po’ come è stata la ISS in orbita bassa, un’infrastruttura che ha permesso in 20 anni centinaia di migliaia di studi scientifici di ogni genere a un costo ridotto.

È chiaro, questo sì, che una permanenza umana breve fuori della protezione della Terra, costituisce un rischio per la salute considerato accettabile.

Credo che tu stia travisando il senso dell’articolo che hai citato. In quell’articolo si dice che per la prima volta si e’ riusciti a misurare la polarizzazione dei raggi gamma emessi durante i primi istanti del GRB. Il flusso gamma durante le prime fasi e’ stato misurato ben prima.

In questo campo dichiaro la mia ignoranza benché qualcosa conosco.
Molto si conosce in tema di raggi cosmici e radiazioni ionizzanti ma moltissimo c’è ancora da scoprire.

A quali manifestazioni elettromagnetiche o particelle ti riferisci quando dici che non si conoscono composizione e frequenza?

A quello che ne so io, non si conoscono molte caratteristiche dei gamma burst (quanto sono frequenti e in che porzione dello spettro sono quelli brevi) e non si conosce la quantità di particelle ad alta energia vaganti, cioè protoni, elettroni e positroni. Poco si sa pure delle particelle più pesanti del nucleo di elio (~1% in massa delle particelle cariche vaganti).

Queste particelle pesanti di per se non sono pericolose, ma il loro impatto con una schermatura provoca una cascata di altre particelle le quali posso essere pericolose.

Ammetto che su questi argomenti non mi aggiorno (in modo scientifico) da più di una decina d’anni, ma prima ne sapevo abbastanza.

Non volevo andare off-topic, volevo solo dire che c’è da lavorare ancora prima di progettare una protezione efficace per gli astronauti in residenze spaziali di lungo periodo lontani dalla Terra, che sono ottimista che scienza e ingegneria col tempo ce la faranno e che la base nella Luna (o in orbita) serve a dare nuovi strumenti alla scienza oltre che nuove bandierine sulla superficie.

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su origini e cause ne so molto meno di te, ma riguardo gli effetti sulla materia gli ultimi 20 anni si è andato avanti parecchio con la ricerca.
Sorvolando sulla storia moderna e sugli albori della ricerca (penso si possa citare la bomba atomica per una potente accelerazione in tema di radiazioni ionizzanti), per esempio le interazioni tra radiazioni e componenti elettronici per impieghi spaziali sono state studiate sempre con più interesse e quindi con più fondi negli ultimi 20-30 anni (io ho iniziato a lavorare nell’industria spaziale nel 2001 e già qualche test per Total Dose TID (Total Ionizing Dose) su elettronica attiva veniva commissionato dai clienti);
oggi nei progetti più critici vengono richiesti test ELDR (Enanched Low Dose Rate) su quasi tutti i circuiti integrati, la Total Dose viene già testata e garantita dal costruttore a livello di wafer (cioè prima che vengano montati nei package), anzi perfino caratteristica pregiata da esibire per i componenti Radhard o immuni;
e per i componenti in optoelettronica spesso (ormai quasi sempre per gli optocoupler) viene richiesto l’irraggiamento protonico…
Il test classico di radiazione comporta l’esposizione a raggi gamma per periodi prefissati in specifica e test method e di cui si conoscono bene tutte le caratteristiche, sperando poi che lo stesso lotto di componenti fornisca gli stessi risultati del test quando fuori dall’atmosfera terrestre, analogo discorso per il proton test (heavy ion test) per lo studio dell’effetto di Displacement…
La maggior parte degli effetti sulla materia si conoscono ormai abbastanza bene, non sono tutti distruttivi, ed è possibile fornire delle contromisure che vanno dallo schermo passivo in alluminio a tecniche di correzione dell’errore digitale generato da un SEU (Single Event Upset)…

Perdonate l’off-topic ma penso che questo sia gradito…il tema affascina e forse potrebbe essere necessario separarlo dall’argomento principale :slightly_smiling_face:

Radiation hardening

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Non vorrei essere noioso, ma questo non e’ corretto.
Il pianeta ci protegge dai raggi cosmici in due modi:

  1. il campo magnetico terrestre
  2. l’atmosfera

Il campo magnetico agisce curvando la traiettoria del raggio cosmico che e’ una particella carica. Il raggio di curvatura e’ r=mcγ/qB. Se prendiamo il caso della “Oh-My-God particle”, il raggio viene 2*10^16 m… ovvero 0,6 parsec!
Questo semplice conto mostra che questi raggi cosmici non sono schermati dal campo magnetico terrestre, quindi riceviamo la stessa dose che sulla Luna.

Passiamo all’atmosfera. Un raggio cosmico che colpisce un atomo dell’atmosfera genera, se sufficientemente energetico, una cascata di particelle, che a sua volta genera luce Cherenkov. Proprio questo fenomeno viene usato nel Pierre Auger Observatory. Piu’ e’ alta l’energia, piu’ la cascata e’ importante, e piu’ e’ facile da rilevare.
Se non sono rilevati, vuol dire che non colpiscono nessun atomo e ci arrivano direttamente addosso.

In conclusione, questo tipo di raggi cosmici non e’ piu’ pericoloso per degli astronauti sulla Luna rispetto a quanto lo sia per una persona distesa a prendere il Sole sulla spiaggia.

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concordo pienamente con @Paky e aggiungo che una particella così energetica non deposita la propria energia nel punto di primo impatto, ma genera uno sciame di particelle figlie (a volte molte migliaia o forse milioni), ognuna delle quali porta via una certa energia. Quindi anche se si venisse centrati da una particella simile i danni sarebbero probabilmente molto, molto piccoli.

E il flusso di particelle dei raggi cosmici è molto ben noto e misurato, ad esempio dagli strumenti su satelliti fuori dalla LEO, e dalle sonde di spazio profondo come le Voyager. Non riesco a vedere molti misteri in questo, sono ricerche che vanno avanti da un secolo, dai tempi di Victor Hess.

su questo non sono sicuro se parli di danni all’Uomo: basta 1 particella che rompa un DNA al passaggio per innescare un un processo cancerogeno o mutageno…

I. Asimov in uno dei suoi saggi aggiungeva che è proprio grazie al processo di mutazione causati da raggi cosmici che si ottiene l’evoluzione della vita e la grande varietà delle specie.

Inoltre si ragiona anche in termini probabilistici…


Facendo un riassunto e visto che l’argomento è stato spostato:
ritengo un’ottima trattazione su wiki Raggi Cosmici e anche Radiazioni Ionizzanti

FAX, ogni maledetto secondo circa 5000 atomi del tuo corpo vanno in frantumi, essenzialmente atomi di potassio 40, emettendo positroni che poi interagiscono con un elettrone e generano due raggi gamma da almeno 511 keV, per un totale di circa 1 miliardo di raggi gamma ogni giorno.
Cosa vuoi che sia un raggio in più che ti attraversa, depositando un po’ di energia. Il problema sono i milioni di raggi cosmici di energia inferiore che ti colpiscono ogni giorno, nello spazio e a terra. Grosso modo ho stimato che nel mio ambiente (non particolarmente radioattivo, non in quota, e senza radon) vengo attraversato da circa 100.000.000 di particelle al giorno dovute a radioattività naturale. Tanto per dare gli ordini di grandezza del fondo in cui viviamo.

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Per questo che ho aggiunto che bisogna ragionare in termini di probabilità, quel “raggio in più che ti attraversa” potrebbe essere quello fatale :woozy_face: molto improbabile ma sempre possibile.

Una particella alfa ad alta energia potrebbe fare parecchi “danni” biologici…cito testualmente dal link qui su:
Le particelle alfa costituiscono il 10-12% dei raggi cosmici, e in questo caso hanno energie molto maggiori di quelle dei processi nucleari e quando vengono incontrate nello spazio sono in grado di attraversare il corpo umano e schermi anche molto spessi. Tuttavia questo tipo di radiazioni è notevolmente attenuato dall’atmosfera terrestre, che è uno schermo di radiazioni equivalente a circa 10 metri d’acqua.”

vero, ma il corpo umano ha dei meccanismi di protezione, i danni al dna sono costanti, l’energia del singolo evento è poco rilevante di suo

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Certo! Il valore naturale di “guasti” è in equilibrio altrimenti saremmo già estinti da un pezzo come specie o non ci saremmo mai evoluti, stesso risultato se non fossero esistite tali interazioni…

Il problema che siamo portati a pensare come qualcosa di negativo quando si parla di radiazioni a causa di fatti accaduti in passato e spesso creati dall’uomo stesso.
Le radiazioni, I raggi cosmici, le interazioni, ecc esistono da quando esiste l’universo (e per fortuna aggiungerei), sono solo fenomeni naturali, il fatto che noi ne prendiamo coscienza da pochissimo tempo non cambia il risultato…per l’ulteriore passettino in avanti verso l’evoluzione di specie interplanetaria non si può non invitare la natura al tavolo dei contratti.

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Scusate se intervengo a gamba tesa, è il mio lavoro e qualcosa ne capisco, quindi tenderei a fare chiarezza su alcuni punti.
Esistono nell’uomo due tipi di danno da radiazione, il danno stocastico e il danno deterministico.

Il danno deterministico è il più facile da spiegare ed è anche il più intuitivo, tanti raggi prendi, tanti effetti avrai. Per la precisione esistono vari livelli di radiazione oltre la quale si avrà una degenerazione dei tessuti non necessariamente cancerogena ma sicuramente con danno sul corpo umano. Ad esempio abbiamo la cataratta da radiazioni, che insorge sempre oltre una certa dose nota, e che non deve essere raggiunta; nei professionisti (chi lavora per professione con le radiazioni) ad esempio tale dose è di 150 mSv (milliSievert)/anno (non a tutto il corpo, proprio al cristallino). Per paragone la dose che annualmente una persona non esposta professionalmente alle radiazioni riceve come fondo radioattivo è (mediamente) di 2.4 mSv/anno. Altri danni deterministici ad esempio sono le varie sindromi da radiazioni, che coinvolgono vari dipartimenti corporei a seconda della quantità di dose ricevuta (sindrome emopoietica, gastrointestinale e neurologica), ma qui si sta parlando di dosi totali assunte in un brevissimo lasso di tempo (da frazioni di secondo a pochi minuti). Già il fatto di “diluire” la dose in un tempo più prolungato può favorire la sopravvivenza del colpito.

Il danno stocastico al contrario è il tipo di danno che assolutamente non ha soglia, ovverosia può bastare una radiazione (sia essa elettromagnetica o corpuscolata) per generare danni al corpo umano. Quali sono i tipi di danni stocastici che si possono avere? Praticamente tutti i tipi di danno da radiazione, essenzialmente le varie forme tumorali, siano esse di tipo “solido” o del sangue, ma anche malformazioni genetiche trasmissibili agli eredi. Cosa possiamo fare per difenderci? Praticamente niente; possiamo solo ed esclusivamente abbassare la possibilità di essere colpiti dalle radiazioni (ricordandoci che non esiste materiale che fermi completamente una radiazione, solo a distanze infinite da una sorgente radioattiva avremo un valore “zero” di radiazioni provenienti da quella sorgente), usando le opportune protezioni (schermi ad acqua, brevità dei voli, etc). Resta il fatto che, come già ben espresso da Marco Bruno @IK1ODO :

Sappiamo benissimo che quel raggio potrebbe essere quello fatale, ma la probabilità che lo sia è, per certi versi, la medesima che non sia quello fatale, proprio a causa dei meccanismi riparativi che il DNA ha a disposizione per rigenerarsi.
A proposito:

Non è proprio corretto: le particella alfa anche molto energetiche vengono stoppate dallo strato corneo della pelle morta. Sapete invece dove fanno male? Quando sono inalate o ingerite e si depositano sulla mucosa, che non ha niente che possa proteggerla.

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Grazie @Vittorio concordo in tutto, quell’inciso l’ho preso pari pari da wiki (copia-incolla) per rispondere a ik1odo senza riportare tutto l’articolo che esorto almeno ad andare a guardare nei titoli.
Comprendo che estraendolo dall’articolo completo può generare dubbi, e mi conforta il fatto che tutto quello che hai scritto è riportato anche su wiki.
Li si fa una distinzione tra emissioni a relativamente bassa energia (tra cui particelle alfa che possono essere schermate dallo spessore di un foglio di carta) e emissioni molto energetiche in grado di trapassare schermi anche molto spessi (come può essere la magnetosfera terrestre e l’atmosfera che viene equiparata a circa 10m d’acqua di spessore…).
Inoltre, non è una mia opinione, che di emissioni di radiazioni ionizzanti il generico “raggio cosmico” ne contiene di molti tipi, molte energie e anche non tutte conosciute, tra quelle conosciute io ho preso come esempio una particella alfa (perchè molto distruttiva), ma il raggio cosmico contiene beta, gamma, positroni, ecc (a cui credo si riferisse il1kiodo) che sebbene meno “distruttive” (dipendono dalla dose cumulata) non sono ugualmente una passeggiata di salute se si superano le soglie del fondo radioativo. Mi spiego meglio: se un muratore becca I 2.4 mSv/anno qualcosa in più visto che lavora al sole e campa 100 anni…un pilota di linea o un operatore di macchina radiografica o un astronauta becca una dose maggiore e dovrebbe campare meno del muratore di cui sopra.
Scusate ma scrivo da un cellulare quindi ho qualche difficoltà a ritrovare numeri e riferimenti.
Poi parlando di “raggi cosmici” non si può prescindere dalle energie e dalle masse: se prendiamo una particella alfa (massa molto superiore a una beta) da decadimento nucleare, essa viene schermata dal primo strato di pelle come diceva Vittorio (benchè non farei prove sulla mia😂), da fissione nucleare con un po di energia cinetica superiore avranno bisogno di un qualche schermo migliore del foglio di carta magari un foglio di metallo…, fino ad arrivare a quel fatidici 10-12% di raggi cosmici rappresentati da particelle alfa prodottesi dall’esplosioni di supernove, dall’occhio di un buco nero, ecc che possono superare energie di 20MeV (molto alte) e che per schermarle non bastano corazze di piombo di diversi cm.

Io ho trovato gli articoli di wiki molto chiari, interessanti e sintetici. Non mi occupo dello studio delle radiazioni, ma per lavoro (tra le tante cose sono operatore di macchina xrf) sono obbligato a conoscere almeno I rischi collegati con l’uso di sorgenti di radiazioni.
Se poi qualcuno dice che siccome anche una banana emette radiazioni (0.05 microSv \ anno) gli astronauti sono perfettamente al sicuro quando la mangeranno in orbita, ed io sono contento per quel qualcuno :kissing_heart:

Più tardi vado a cercare le energie con più precisione così togliamo qualche altro dubbio.

Dipende. Tra gli “operatori di macchina radiografica” c’è il sottoscritto (tecnico di radiologia da 30 anni), a quanto mi risulta, in 30 anni ho preso complessivamente circa 3 o 4 volte la dose di radiazioni di 1 anno (che, tra parentesi, ricordo essere dell’ordine dei 3.3 mSv in Italia contro i 2.4 mondiale da te citata, e ciò a causa della presenza di molti vulcani più o meno spenti e quindi di gas Radon). Spero vivamente di campare anche io 100 anni come il muratore da te menzionato (che invece potrebbe morire storto per artrosi a furia di portare carichi o molto più giovane cadendo da una impalcatura), in quanto la radioprotezionistica si è molto aggiornata, e i sistemi protettivi anche a Terra sono nettamente migliorati. Inoltre la dose da me ricevuta è stata talmente frazionata che, per l’appunto, confido molto nei processi riparativi del mio DNA. Posso portare esempi di medici radiologi che continuano (in privato) a professare il loro mestiere a 80 e più anni ed in perfetta salute, anche se effettivamente non è detto che siano proprio a stretto contatto con le emittenti radiogene. Indubbiamente le energie che ci arrivano dallo spazio sono elevatissime, soprattutto se prese durante un volo tra pianeti, ma non sarei così totalmente pessimista riguardo alla sopravvivenza di astronauti nello spazio. Sono convinto che, con le opportune protezioni che sicuramente saranno trovate, un astronauta riuscirà ad andare su Marte, starci un paio di mesi e ritornare sulla Terra senza grossi problemi.
L’unico problema, veramente l’unico, è sempre e solo quello:

"No bucks, no Buck Rogers."

Te lo auguro con tutto il cuore, e di arrivarci anche con la lucidità che dimostri!

Il muratore di cui sopra era mio nonno, ne aveva compiuti solo 94 andando in bici e costruendo fioriere di cemento fino a 90, ma un tumore alla tiroide gli ha precluso I 100 anche se un bonus di circa 5 anni in più gli fu donato dalla radioterapia (nel 1994 credo fosse poco più che sperimentale) e da tecnici come Te.
Conservo un bellissimo ricordo ma non batteró quel record. :slightly_smiling_face:

Ps …pensa quanto radon ha respirato mio nonno con tutti gli edifici di tufo che ha costruito nel corso di tutti quegli anni :smile:

per aggiungere un dato quantitativo in merito alla schermatura da radiazioni, un bunker per radioterapia in un lavoro su cui collaboro è schermato con circa 3 metri di calcestruzzo baritico verso io suolo e verso il cielo, e con circa due muri da 1 metro sempre di calcestruzzo baritico verso gli ambienti di accesso ( si fa un accesso a serpentina per motivi comprensibili).
Il calcestruzzo baritico è una bestia che supera le 3 tonnellate a metro cubo.

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