مأموریت آرتمیس ۱ ناسا از طریق به‌کارگیری فناوری‌های پیشرفته در زمینه آشکارسازی، اطلاعات مهمی درباره شدت تشعشعات ماه و تهدیدات احتمالی آن برای فضانوردان به دست آورده است. این یافته‌ها می‌توانند یاری‌گر دانشمندان در طراحی تدابیر موثرتر برای ایمنی فضانوردان در ماموریت‌های آینده باشند.
آرتمیس ۱ و بررسی تشعشعات ماه
در مأموریت بدون سرنشین آرتمیس ۱ که در ماه‌های نوامبر و دسامبر ۲۰۲۲ (آذر ۱۴۰۱) انجام شد، فضاپیمای Orion بیش از ۱۰ هزار کریستال ریز را درون دو ماکت انسان‌نما به دور ماه قرار داد. بخشی از این کریستال‌ها، شامل آشکارسازهای فلوراید لیتیوم طراحی‌شده توسط پژوهشگران مؤسسه فیزیک هسته‌ای آکادمی علوم لهستان هستند که میزان تشعشعات ماه را ضبط می‌کنند.
محققان روش جدیدی برای تحلیل داده‌های ذخیره‌شده در این کریستال‌ها ابداع کردند که نتایج آن در نشریه Radiation Measurements به چاپ رسید. برخلاف دستگاه‌های الکترونیکی، این آشکارسازها به‌صورت غیر فعال عمل می‌کنند و اطلاعات مربوط به برخورد ذرات را به‌طور دائمی ذخیره می‌سازند.
چگونگی عملکرد آشکارسازهای فلوراید لیتیوم
زمانی که ذرات باردار از میان کریستال‌های فلوراید لیتیوم عبور می‌کنند، تغییرات میکروسکوپی به نام «مراکز رنگ» در ساختار آن‌ها ایجاد می‌شود. با تاباندن نور آبی به کریستال، این نقاط به رنگ قرمز در می‌آیند و پژوهشگران می‌توانند مسیر حرکت ذرات را با دقت زیر میکروسکوپ زیر نظر بگیرند.
مزیت این روش، سهولت در بررسی مسیر ذرات است. در مقایسه با آشکارسازهای پلاستیکی قبلی که نیاز به پردازش شیمیایی داشتند، کریستال‌های فلوراید لیتیوم به سادگی با میکروسکوپ فلورسانس معمولی قابل تحلیل هستند.
با این حال، اندازه‌گیری تابش کیهانی در فضا به دلیل تنوع در ذرات و انرژی آن‌ها، چالش‌برانگیز است. پژوهشگران برای غلبه بر این مشکل، نرم‌افزارهایی طراحی کردند که امکان حذف سیگنال‌های مزاحم را فراهم می‌آورد و دقت تحلیل را به طرز قابل ملاحظه‌ای افزایش می‌دهد.
نتایج حاصل از این فرایند، حداکثر ۱۵ درصد تفاوت با اندازه‌گیری‌های آشکارسازهای معمولی داشت. افزون بر این، دانشمندان موفق به شناسایی مسیر ذراتی شدند که انرژی آن‌ها کمتر از سطح قابل شناسایی دستگاه‌های قدیمی سابق بود.
تفاوت تابش ماه با مدار زمین
داده‌های ماموریت آرتمیس ۱ امکان مقایسه سطح تابش در نزدیکی ماه را با نتایج قبلی به‌دست‌آمده از ایستگاه فضایی بین‌المللی فراهم ساخت. در مدار پایین زمین، پروتون‌های کم‌انرژی محبوس در کمربندهای ون آلن موجب بروز تفاوت‌هایی در مقدار تابش دریافتی در نواحی مختلف بدن می‌شوند.
اما در نزدیکی ماه، این کمربندها وجود ندارند و تابش اکثراً از ذرات پرانرژی کیهانی ناشی می‌شود. به همین دلیل، آشکارسازهای مستقر در ماکت‌های آرتمیس ۱ دوزهای تابشی تقریباً یکنواختی را در نواحی گوناگون بدن شناسایی کردند.
جالب توجه است که با وجود اینکه میزان تابش ماه بیش از آنچه در مدار پایین زمین مشاهده می‌شود، است، اختلاف قابل توجهی که دانشمندان پیش‌بینی کرده بودند، به ظهور نیامده است. غیبت پروتون‌های کم‌انرژی کمربندهای ون آلن در نزدیکی ماه به‌عنوان یکی از دلایل کمتر بودن این اختلاف نسبت به تخمین‌های اولیه معرفی شده است.
آینده آشکارسازهای تابش در مأموریت‌های فضایی
کریستال‌های فلوراید لیتیوم که با روش چوکرالسکی تولید می‌شوند، ابعادی در حد چند میلی‌متر دارند. ابعاد کوچک آن‌ها استفاده از این فناوری را در پایش تابش در ماموریت‌های فضایی تسهیل می‌کند.
این آشکارسازها قابلیت ثبت مسیر انواع ذرات را با دقت مناسب دارند و حتی در شرایط تابش بالا نیز داده‌های ارزشمندی را به دانشمندان ارائه می‌دهند. از دیگر ویژگی‌های آن‌ها، توانایی شناسایی نوترون‌ها با استفاده از لیتیوم-۶ می‌باشد.
در نهایت، داده‌های مأموریت آرتمیس ۱ درک دانشمندان را از تابش کیهانی در نزدیکی ماه به‌طرز چشم‌گیری ارتقاء داده است. این فناوری می‌تواند در مأموریت‌های آتی، از جمله سفرهای سرنشین‌دار به ماه، برای سنجش میزان مواجهه فضانوردان با تابش و طراحی روش‌های حفاظتی موثرتر به کار گرفته شود.