Визуальные явления космических лучей
Визуальные явления космических лучей , или световые вспышки ( LF ), также известные как « Глаз астронавта» , представляют собой спонтанные вспышки света, визуально воспринимаемые некоторыми астронавтами за пределами магнитосферы Земли, например, во время программы «Аполлон» . Хотя НЧ могут быть результатом восприятия сетчаткой реальных фотонов видимого света, [1] Обсуждаемые здесь НЧ могут также относиться к фосфенам , которые представляют собой ощущения света, возникающие в результате активации нейронов зрительного пути. [2]
Возможные причины
[ редактировать ]Исследователи полагают, что НЧ, воспринимаемые именно космонавтами в космосе, обусловлены космическими лучами (заряженными частицами высокой энергии из-за пределов земной атмосферы). [3] ), хотя точный механизм неизвестен. Гипотезы включают черенковское излучение , возникающее при прохождении частиц космических лучей через стекловидное тело астронавтов глаз . [4] [5] прямое взаимодействие со зрительным нервом , [4] прямое взаимодействие со зрительными центрами головного мозга, [6] сетчатки , стимуляция рецепторов [7] и более общее взаимодействие сетчатки с излучением. [8]
Условия, при которых сообщалось о мигании света
[ редактировать ]Астронавты, недавно вернувшиеся из космических миссий, на космическом телескопе «Хаббл» , Международной космической станции и космической станции «Мир» сообщили, что видели НФ в разных условиях. В порядке убывания частоты сообщений в опросе они видели ЛФ в темноте, при тусклом свете, при ярком свете, а один сообщил, что видел их независимо от уровня освещенности и световой адаптации. [9] Их видели в основном перед сном.
Типы
[ редактировать ]Сообщалось, что некоторые LF были четко видны, а другие - нет. Они проявлялись в разных цветах и формах. Частота наблюдения каждого типа различалась в зависимости от опыта астронавтов, как видно из опроса 59 астронавтов. [9]
Цвета
[ редактировать ]Во время лунных миссий астронавты почти всегда сообщали, что вспышки были белыми, за одним исключением, когда астронавт наблюдал «синий с белым оттенком, как голубой бриллиант». Во время других космических миссий астронавты сообщали, что видели и другие цвета, такие как желтый и бледно-зеленый, хотя и редко. [10] Другие вместо этого сообщили, что вспышки были преимущественно желтыми, в то время как другие сообщили о таких цветах, как оранжевый и красный, в дополнение к наиболее распространенным цветам — белому и синему. [9]
Формы
[ редактировать ]Основными наблюдаемыми формами являются «пятна» (или «точки»), «звезды» (или «сверхновые»), «полосы» (или «полосы»), «капли» (или «облака») и «кометы». Эти формы наблюдались с разной частотой среди астронавтов. Во время полетов на Луну астронавты сообщили, что видели «пятна» и «звезды» в 66% случаев, «полосы» в 25% случаев и «облака» в 8% случаев. [10] Астронавты, участвовавшие в других миссиях, сообщали в основном о «вытянутых формах». [9] Около 40% опрошенных сообщили о «полосе» или «полосах», а около 20% сообщили о «комете» или «кометах». В 17% сообщений упоминалась «одна точка», и лишь в нескольких упоминались «несколько точек», «капли» и «сверхновая».
Движение
[ редактировать ]Сообщения о движении НФ были обычным явлением среди астронавтов, испытавших вспышки. [9] Например, Джерри Линенджер сообщил, что во время солнечной бури они были направленными и мешали спать, поскольку закрытие глаз ему не помогло. Линенджер попытался защитить себя свинцовыми батареями станции, но это оказалось лишь частично эффективным. [11]
Сообщается, что различные типы направлений, в которых движется LF, различаются в разных отчетах. Некоторые сообщили, что НЧ перемещаются по полю зрения, перемещаясь от периферии поля зрения к тому месту, где человек фиксирует взгляд, в то время как несколько других сообщили о движении в противоположном направлении. Для описания направлений использовались термины «вбок», «диагональ», «внутрь наружу» и «случайный». [9] [10] В Фуглесанге и др. (2006) было указано, что сообщений о вертикальном движении не поступало. [9]
Случаи и частоты
[ редактировать ]Похоже, что между астронавтами существуют индивидуальные различия в том, сообщили ли они о том, что видели LF, или нет. Хотя об этих LF сообщили многие астронавты, не все астронавты сталкивались с ними во время своих космических миссий, даже если они участвовали в нескольких миссиях. [9] Для тех, кто сообщил, что видел эти LF, частота их просмотра различалась в разных отчетах. [9] Во время миссии «Аполлон-15» все три астронавта записали один и тот же НЧ, который Джеймс Ирвин описал как «блестящую полосу по сетчатке». [12]
Частота во время миссий
[ редактировать ]Во время лунных миссий, как только их глаза адаптировались к темноте , астронавты Аполлона сообщали, что видели это явление в среднем раз в 2,9 минуты.
В других космических миссиях астронавты сообщали, что воспринимали НЧ в среднем каждые 6,8 минуты. [9] Сообщалось, что LF наблюдался в основном перед сном астронавтов, а в некоторых случаях нарушал сон, как в случае с Линенджером. Некоторые космонавты отмечали, что НЧ, по-видимому, воспринимались чаще, если они воспринимались хотя бы один раз раньше и внимание было направлено на их восприятие. Один космонавт, [13] во время своего первого полета обратил внимание на LF только после того, как ему сказали присматривать за ними. Эти сообщения неудивительны, учитывая, что ЛФ может не выделяться четко на фоне.
Колебания во время и между миссиями
[ редактировать ]Астронавты Аполлона сообщили, что они наблюдали это явление чаще во время транзита на Луну , чем во время обратного транзита на Землю . Авдеев и др. (2002) предположили, что это может быть связано со снижением чувствительности к НЧ с течением времени в космосе. [13] Астронавты других миссий сообщили об изменении частоты возникновения и интенсивности LF в ходе миссии. [9] В то время как некоторые отметили, что скорость и интенсивность увеличились, другие отметили снижение. Сообщается, что эти изменения произошли в первые дни миссии. Другие астронавты сообщили об изменениях в частоте появления LF во время миссий, а не во время миссии. Например, сам Авдеев находился на Мире шесть месяцев во время одной миссии, шесть месяцев во время второй миссии несколько лет спустя и двенадцать месяцев во время третьей миссии пару лет спустя. Он сообщил, что с каждым последующим полетом LF наблюдались реже. [13]
Высота и наклонение орбиты также положительно коррелируют с частотой возникновения LF. Фуглесанг и др. (2006) предположили, что эта тенденция может быть связана с увеличением потоков частиц с увеличением высоты и наклона. [9]
Эксперименты
[ редактировать ]эксперимент АЛФМЕД
[ редактировать ]
Во время транзитов Аполлона-16 и Аполлона-17 астронавты провели эксперимент с детектором движущейся эмульсии световой вспышки Аполлона (ALFMED), в ходе которого астронавт носил шлем, предназначенный для улавливания следов частиц космических лучей, чтобы определить, совпадают ли они с визуальным наблюдением. Анализ результатов показал, что два из пятнадцати треков совпали с наблюдениями вспышек. Эти результаты в сочетании с соображениями геометрии и оценками Монте-Карло привели исследователей к выводу, что визуальные явления действительно были вызваны космическими лучами. [14] [15]
Проекты SilEye-Alteino и ALTEA
[ редактировать ]Проекты SilEye -Alteino и «Аномальные долгосрочные эффекты в центральной нервной системе астронавтов » (ALTEA) исследовали это явление на борту Международной космической станции с использованием шлемов, аналогичных по своей природе тем, что использовались в эксперименте ALFMED. Проект SilEye также исследовал явление на Мире. [13] Целью этого исследования было изучение следов частиц, попадающих в глаза астронавтов, когда астронавт сказал, что наблюдал НЧ. Изучая частицы, исследователи надеялись получить более глубокое понимание того, какие частицы могут вызывать НЧ. Астронавты носили детектор SilEye во время многочисленных сеансов на Мире. Во время этих сеансов, когда они обнаруживали НЧ, они нажимали кнопку на джойстике. После каждого сеанса они записывали свои комментарии по поводу полученного опыта. Следы частиц, попавшие в глаза в тот момент, когда астронавты указали, что они обнаружили НЧ, должны были пройти через кремниевые слои, которые были построены для обнаружения протонов и ядер и различения их.
Результаты показывают, что большую часть времени наблюдалась «сплошная линия» и «линия с пробелами». С меньшей частотой сообщалось также о «бесформенном пятне», «пятне с ярким ядром» и «концентрических кругах». [13] : 518 Собранные данные также позволили исследователям предположить, что чувствительность к НЧ имеет тенденцию снижаться в течение первых нескольких недель миссии. Что касается вероятной причины LF, исследователи пришли к выводу, что основной причиной, вероятно, являются ядра. Они основывали этот вывод на выводе о том, что по сравнению с периодом «Все время» в период «В низкочастотном временном окне» частота ядер увеличивалась примерно в шесть-семь раз, в то время как скорость протонов увеличивалась только в два раза. при сравнении двух периодов времени. Таким образом, исследователи исключили эффект Черенкова как возможную причину наблюдаемого в космосе НЧ, по крайней мере, в этом случае.
Наземные эксперименты 1970-х годов
[ редактировать ]Эксперименты, проведенные в 1970-х годах, также изучали это явление. Эти эксперименты показали, что, хотя было предложено несколько объяснений того, почему астронавты наблюдали НЧ, могут быть и другие причины. Чарман и др. (1971) задавались вопросом, являются ли НЧ результатом одиночных ядер космических лучей, попадающих в глаз и непосредственно возбуждающих глаза астронавтов, в отличие от результата черенковского излучения внутри сетчатки. Исследователи попросили наблюдателей рассмотреть нейтронный пучок, состоящий из моноэнергетических нейтронов с энергией 3 или 14 МэВ, в нескольких ориентациях относительно их голов. Состав этих пучков гарантировал, что частицы, генерируемые в глазу, были ниже 500 МэВ, что считалось черенковским порогом, что позволило исследователям отделить одну причину НЧ от другой. Наблюдатели наблюдали за нейтронным пучком после полной адаптации к темноте. [7]
Пучок нейтронов с энергией 3 МэВ не дал никаких сообщений о низкочастотном излучении, независимо от того, подвергался ли он наблюдателям воздействию через переднюю часть одного глаза или через затылок. Однако при использовании нейтронного пучка с энергией 14 МэВ сообщалось о НЧ. Сообщалось о «полосах», продолжавшихся в течение коротких периодов времени, когда луч попадал в один глаз спереди. Видимые «полосы» имели разную длину (максимум 2 градуса угла обзора) и были либо синевато-белыми, либо бесцветными. Все наблюдатели, кроме одного, сообщили, что видели более слабые, но большее количество «точек» или коротких линий в центре поля зрения. Когда луч попадал в оба глаза в боковой ориентации, количество зарегистрированных полос увеличивалось. Ориентация полосок соответствовала ориентации луча, попадающего в глаз. В отличие от предыдущего случая, видимые полосы были более многочисленны на периферии, чем в центре поля зрения. Наконец, когда луч вошел в затылок, только один человек сообщил, что видел НЧ. На основании этих результатов исследователи пришли к выводу, что, по крайней мере, для НЧ, наблюдаемого в этом случае, вспышки не могли быть вызваны эффектами черенковского излучения в самом глазу (хотя они не исключали возможности того, что объяснение черенковского излучения применимо и к случай космонавтов). Они также предположили, что, поскольку количество наблюдаемых НЧ значительно уменьшалось, когда луч входил в затылок, НЧ, вероятно, не были вызваны прямой стимуляцией зрительной коры, поскольку это уменьшение предполагало, что луч ослаблялся при прохождении через череп. и мозг, прежде чем достичь сетчатки. Наиболее вероятное предложенное объяснение заключалось в том, что НЧ возникли в результате прямой стимуляции и «включения» рецепторов на сетчатке частицей в луче.
В другом эксперименте Тобиас и др. (1971) подвергли двух человек воздействию пучка нейтронов с энергией от 20 до 640 МэВ после того, как они полностью адаптировались к темноте. Один наблюдатель, которому было дано четыре экспозиции длительностью от одной до 3,5 секунды, наблюдал «точечные» вспышки. Наблюдатель описал их как «светящиеся шары, видимые в фейерверках, с размытыми хвостами и головами, похожими на крошечные звезды». Другой наблюдатель, получивший одну экспозицию продолжительностью три секунды, сообщил, что видел от 25 до 50 «ярких дискретных светов, которые он описал как звезды сине-белого цвета, идущие к нему». [8] : 596
Основываясь на этих результатах, исследователи, как и в работе Charman et al. (1971) пришли к выводу, что, хотя эффект Черенкова может быть правдоподобным объяснением НЧ, испытываемого космонавтами, в данном случае этот эффект не может объяснить НЧ, наблюдаемый наблюдателями. Возможно, наблюдаемые НЧ явились результатом взаимодействия сетчатки с излучением. Они также предположили, что видимые следы могут указывать на следы, находящиеся внутри самой сетчатки, причем более ранние части полосы или следа исчезают по мере движения.
Учитывая проведенные эксперименты, по крайней мере в некоторых случаях наблюдаемые НЧ, по-видимому, вызваны активацией нейронов зрительного пути, приводящей к образованию фосфенов. Однако, поскольку исследователи не могут окончательно исключить эффекты черенковского излучения как возможную причину низкочастотного излучения, испытываемого астронавтами, кажется вероятным, что некоторые LF могут быть результатом воздействия черенковского излучения в самом глазу. Эффект Черенкова может привести к излучению черенковского света в стекловидном теле глаза и, таким образом, позволить человеку воспринимать НЧ. [9] Следовательно, оказывается, что НЧ, воспринимаемые космонавтами в космосе, имеют разные причины. Некоторые из них могут быть результатом фактической стимуляции сетчатки светом, тогда как другие могут быть результатом активности нейронов зрительного пути, производящих фосфены.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Хехт, Селиг; Шлаер, Саймон; Пиренн, Морис Анри (июль 1942 г.). «Энергия, кванты и видение» . Журнал общей физиологии . 25 (6): 819–840. дои : 10.1085/jgp.25.6.819 . ПМК 2142545 . ПМИД 19873316 .
- ^ Добелле, штат Вашингтон; Младеёвский, М.Г. (декабрь 1974 г.). «Фосфены, полученные путем электрической стимуляции затылочной коры человека, и их применение для разработки протезов для слепых» . Журнал физиологии . 243 (2): 553–576. дои : 10.1113/jphysicalol.1974.sp010766 . ПМЦ 1330721 . ПМИД 4449074 .
- ^ Мевальдт, Р.А. (1996). «Космические лучи» . В Ригдене, Джон С. (ред.). Физическая энциклопедия Макмиллана . Том. 1. Саймон и Шустер Макмиллан. ISBN 978-0-02-897359-3 . Архивировано из оригинала 30 августа 2009 года . Проверено 27 августа 2016 г.
- ^ Jump up to: а б Наричи, Л.; Белли, Ф.; Бидоли, В.; Казолино, М.; Де Паскаль, член парламента; и др. (январь 2004 г.). «Проекты ALTEA/ALTEINO: изучение функциональных эффектов микрогравитации и космического излучения» (PDF) . Достижения в космических исследованиях . 33 (8): 1352–1357. Бибкод : 2004AdSpR..33.1352N . дои : 10.1016/j.asr.2003.09.052 . ПМИД 15803627 .
- ^ Тендлер, Ирвин И.; Хартфорд, Алан; Джермин, Майкл; ЛаРошель, Итан; Цао, Сюй; Борза, Виктор; Александр, Дэниел; Брюза, Петр; Хупс, Джек; Муди, Карен; Марр, Брайан П.; Уильямс, Бенджамин Б.; Пог, Брайан В.; Гладстон, Дэвид Дж.; Джарвис, Лесли А. (2020). «Экспериментально наблюдаемая черенковская светогенерация в глазу при лучевой терапии» . Международный журнал радиационной онкологии, биологии, физики . 106 (2). Эльзевир Б.В.: 422–429. дои : 10.1016/j.ijrobp.2019.10.031 . ISSN 0360-3016 . ПМК 7161418 . ПМИД 31669563 .
- ^ Наричи, Л.; Бидоли, В.; Казолино, М.; Де Паскаль, член парламента; Фурано, Г.; и др. (2003). «АЛТЕА: Аномальные долговременные эффекты у космонавтов. Исследование влияния космического излучения и микрогравитации на центральную нервную систему во время длительных полетов» . Достижения в космических исследованиях . 31 (1): 141–146. Бибкод : 2003AdSpR..31..141N . дои : 10.1016/S0273-1177(02)00881-5 . ПМИД 12577991 .
- ^ Jump up to: а б Чарман, Западная Нью; Деннис, Дж.А.; Фацио, Г.Г.; Джелли, СП (апрель 1971 г.). «Визуальные ощущения, создаваемые одиночными быстрыми частицами». Природа . 230 (5295): 522–524. Бибкод : 1971Natur.230..522C . дои : 10.1038/230522a0 . ПМИД 4927751 . S2CID 4214913 .
- ^ Jump up to: а б Тобиас, Калифорния; Будингер, Т.Ф.; Лайман, JT (апрель 1971 г.). «Радиационно-индуцированные световые вспышки, наблюдаемые людьми в пучках быстрых нейтронов, рентгеновских лучей и положительных пионов». Природа . 230 (5296): 596–598. Бибкод : 1971Natur.230..596T . дои : 10.1038/230596a0 . ПМИД 4928670 . S2CID 4260225 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м Фуглесанг, Кристер; Наричи, Ливио; Пикоцца, Пьерджорджо; Саннита, Уолтер Г. (апрель 2006 г.). «Фосфены на низкой околоземной орбите: ответы 59 астронавтов» . Авиационная, космическая и экологическая медицина . 77 (4): 449–452. ПМИД 16676658 .
- ^ Jump up to: а б с Саннита, Уолтер Г.; Наричи, Ливио; Пикоцца, Пьерджорджо (июль 2006 г.). «Позитивные визуальные явления в космосе: научное обоснование и проблема безопасности в космических путешествиях». Исследование зрения . 46 (14): 2159–2165. дои : 10.1016/j.visres.2005.12.002 . ПМИД 16510166 . S2CID 18240658 .
- ^ Линенджер, Джерри М. (13 января 2000 г.). Вне планеты: пережить пять опасных месяцев на борту космической станции МИР . МакГроу-Хилл . ISBN 978-0-07-136112-5 .
- ^ Ирвин, Джеймс Б. (1983). Больше, чем земляне . Пикеринг и Инглис. п. 63. ИСБН 978-0-7208-0565-9 .
- ^ Jump up to: а б с д и Авдеев С.; Бидоли, В.; Казолино, М.; Де Грандис, Э.; Фурано, Г.; и др. (апрель 2002 г.). «На орбитальной станции «Мир» мигает свет глаз». Акта Астронавтика . 50 (8): 511–525. Бибкод : 2002AcAau..50..511A . дои : 10.1016/S0094-5765(01)00190-4 . ПМИД 11962526 .
- ^ «Эксперимент: Экспериментальный пакет световых вспышек (детектор движущейся эмульсии со световыми вспышками Apollo)» . Работа эксперимента во время Аполлона IVA при 0 g. НАСА . 2003. Архивировано из оригинала 11 мая 2014 года.
- ^ Осборн, В. Закари; Пинский, Лоуренс С.; Бейли, Дж. Вернон (1975). «Расследование световых вспышек Аполлона» . В Джонстоне, Ричард С.; Дитлейн, Лоуренс Ф.; Берри, Чарльз А. (ред.). Биомедицинские результаты Аполлона . Том. НАСА-СП-368. НАСА. НАСА СП-368.