Jak atmosfera nas chroni przed promieniowaniem?

Dzięki wynikom z sondy „Probe-01” możemy przeanalizować zgromadzone dane i powiedzieć trochę więcej na temat promieniowania w naszej atmosferze na różnych poziomach wysokości. Sonda została wyposażona w dozymetr, t.j. urządzenie z rurką Geigera–Müllera, która pozwoliła na pomiary promieniowania gamma podczas całego czasu trwania misji stratosferycznej. Wyniki przy gruncie były na poziomie 0,09 µSv/h, co jest bardzo zbliżone do oficjalnych danych ze stacji pomiaru radiacji w rejonie, z którego sonda wystartowała.

Po starcie poziom promieniowania wzrastał wraz z czasem trwania misji do poziomu 1 – 1,4 µSv/h na wysokości przelotowej samolotów rejsowych (10 – 11,5 km) i do w przybliżeniu 3 µSv/h na poziomie 17 km wysokości, na której latały Concordy. To oznacza, że podczas typowego lotu ciało człowieka jest wystawione na promieniowanie 11-15 razy większe niż na ziemi (35 razy większe podczas lotu Concordem), co jest wciąż względnie bezpieczną dawką, jednakże znacząco wyższą.

Zaskakująco, powyżej wysokości 17 km poziom promieniowania jest mniej więcej stały do w przybliżeniu poziomu 22 kilometrów. Powyżej tej wysokości poziom promieniowania zmniejsza się. Dlaczego? Żeby odpowiedzieć na to pytanie, musimy najpierw poznać pochodzenie promieniowania. Faktycznie, jest to promieniowanie kosmiczne, które dociera do atmosfery ziemskiej jako wysokoenergetyczne cząstki, które zderzają się z atomami gazów w atmosferze i rozpraszają na cząstki o mniejszej energii, tworząc „wielki pęk atmosferyczny”.

W rzeczywistości na większych wysokościach występuje mniej cząstek promieniowania kosmicznego, ale wysokoenergetycznych (promieniowanie pierwotne), które może zakłócić działanie elektroniki. W przybliżeniu na wysokości 22 km i poniżej jest znacznie więcej cząstek, ale o mniejszej energii (promieniowanie wtórne). Poniżej 17 km cząstki rozpraszają się coraz bardziej, a ich energia się zmniejsza, co z kolei zmniejsza ogólny poziom promieniowania. Najmniejszy jest przy ziemi (na poziomie morza).

Jest to kolejna zbawienna funkcja naszej ziemskiej atmosfery.

Powyższe wyniki lotu stratosferycznego dotyczą dnia przelotu (2020-08-08) w południowo-zachodniej Polsce. W innych miejscach na świecie wyniki mogą się różnić.

Badania przeprowadzone podczas lotu były w istocie rozwinięciem eksperymentu z 1912 roku dokonanego przez Victora Hessa, który osiągnął w swoim balonie 5300 m n.p.m. i w trakcie lotu dokonał ręcznego pomiaru promieniowania. Dzięki nowym technologiom nasza bezzałogowa sonda poleciała znacznie wyżej, do poziomu 33 200 m (prawie 109 000 stóp) i analogicznie pomiary wykonywała w 100% automatycznie.

Bibliografia:

Badania własne z wykorzystaniem wyników lotu sondy Probe-01 z lotu do stratosfery w południowo-zachodniej Polsce, 2020-08-08.
Promieniowanie kosmiczne: 2009, Maryla Moczulska, Politechnika Warszawska: http://www.if.pw.edu.pl/~pluta/pl/dyd/mtj/zal1/pz07/Maryla-Moczulska.pdf
Państwowa Agencja Atomistyki: https://www.paa.gov.pl/strona-455-sytuacja_radiacyjna.html
Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Air_shower_(physics)