Журнал "Здоровье" №8 (92) 1962

Лучи из космоса

Кандидат медицинских наук П.П. Саксонов

Еще в самом начале XX века основоположник астронавтики К. Э. Циолковский высказал мысль, что после того, как будет создан искусственный спутник Земли, на очередь станут биологические проблемы. Это предвидение замечательного ученого сбылось в наши дни, когда советские граждане Ю. А. Гагарин и Г. С. Титов первыми проложили путь в космос.

Подготовка полетов человека в космос вызвала к жизни новые науки, среди которых космическая биология и космическая медицина занимают очень важное место. Космическая биология изучает действие необычных факторов космического пространства на живые организмы и изыскивает эффективные меры их защиты, обеспечивая безопасность космических полетов.

Все живое на нашей планете, включая и человека, постоянно испытывает действие различных видов лучевой энергии, в небольших дозах она необходима для нормальной жизнедеятельности. Так, например, благодаря лучистой энергии человек видит окружающие предметы, согревается теплом солнца, а лучи его способствуют тому, что в нашем организме вырабатываются важные для жизни химически активные вещества (такие, например, как витамин D).

Но в природе, помимо световых, инфракрасных и ультрафиолетовых лучей, существуют лучи высоких энергий, которые образуются при распаде атомных ядер. К ним относятся альфа-лучи, представляющие собой поток ядер атомов гелия, бета-лучи — поток отрицательно заряженных частиц атомов — электронов, гамма-лучи — электромагнитное излучение, испускаемое атомными ядрами.

Эти лучи были обнаружены еще в конце прошлого века. В 1895 году немецкий ученый Вильгельм Конрад Рентген открыл Лучи, проникающие сквозь непрозрачную среду. Впоследствии они получили название рентгеновых. Через год французский физик Анри Беккерель обнаружил, что урановая руда испускает особые лучи. А вскоре супруги Кюри — Мария и Пьер — открыли в составе урановой руды два неизвестных ранее химических элемента — полоний и радий, которые также обладали естественной радиоактивностью.

В медицине эти открытия нашли применение для диагностики и лечения различных болезней. А позднее их начали использовать в промышленности и сельском хозяйстве.

На первых порах физики и медики еще не знали о вредном действии лучей высоких энергий на живой организм и жестоко платились своим здоровьем и даже жизнью. В Гамбурге стоит памятник радиологам — и рентгенологам всех наций, отдавших жизнь служению науки. На нем высечены многие десятки славных имен.

Уже первые исследователи, изучавшие свойства необычных лучей, обнаруживали на коже рук или других частей тела, подвергшихся облучению, длительно не заживающие ожоги и язвы. У Анри Беккереля, нередко носившего пробирку с радием в кармане, на груди образовался ожог.

Многочисленные случайные наблюдения явились толчком для углубленного изучения действия радиации на живые организмы. Так возникла новая отрасль знаний — радиобиология.

Плеяда русских ученых И. Р. Тарханов, М. Н. Жуковский, Е, С. Лондон, С. В. Гольберг, Л. М. Горовиц-Власова и многие другие были пионерами в этой области. Их работы сыграли большую роль в зарождении и становлении радиобиологии как науки.

Теперь разработаны эффективные меры и правила защиты людей, работающих с радиоактивными веществами. Строгое соблюдение этих правил совершенно исключает губительное действие проникающего излучения на организм человека.

Лучам высоких энергий присуще одно общее свойство; они вызывают в любом веществе, с которым взаимодействуют, образование электрически заряженных частиц — ионов. Успехи современной физики, химии и биологии позволили раскрыть, а затем и изучить процессы, происходящие в живом организме под действием ионизирующих излучений.

Оказалось, что все ткани нашего тела способны поглощать энергию радиации, которая преобразуется в организме в энергию химических реакций или в тепло. Как известно, организм человека приблизительно на 70 процентов состоит из воды. Следовательно, большая часть энергии излучения поглощается водой, а меньшая — растворенными в ней веществами. Поэтому при облучении в организме появляются продукты разложения (радиолиза) воды. Эти продукты химически очень активны, они могут вступать в реакцию с белковыми и другими молекулами. В результате образуются новые химические соединения, не свойственные нормальному здоровому организму. Все это и приводит к нарушению сложных биохимических процессов обмена веществ и жизнедеятельности клеток и тканей: развивается лучевая болезнь.

Центральная нервная система очень тонко реагирует на лучи высоких энергий. Нарушаются процессы возбуждения и торможения, работа внутренних органов и систем; прекращается нормальное образование клеток крови, резко падают защитные силы организма.

Сейчас уже известно, что биологически вредное действие ионизирующих излучений зависит от дозы и их мощности, то есть от интенсивности. Если эта мощность незначительна, то даже ежедневные облучения в течение всей жизни человека не оказывают на него никакого поражающего действия. Местные облучения наш организм переносит значительно легче, чем общие.

Многолетний опыт работы различных специалистов с ионизирующими излучениями в большой мере помог и помогает раскрывать тайны лучей, идущих из космоса.

Космическая радиация впервые была обнаружена в 1900 году.

Позднее советский ученый академик Д. В. Скобельцын экспериментально доказал, что в состав космических излучений входят заряженные частицы высоких энергий. Исследования Д. В. Скобельцына положили начало систематическому изучению физики космической радиации. Советские и зарубежные ученые с помощью различных космических летательных аппаратов, высотных шаров, ракет, спутников, космических кораблей, оборудованных дозиметрическими.

Работа с радиоактивными изотопами требует большой осторожности. Расфасовка их производится в специальном блоке; от радиоактивных излучений защищает толстое свинцовое стекло приборами и аппаратурой, исследовали и исследуют космическую радиацию. В результате получены весьма ценные данные.

Мы уже, например, знаем, что космические лучи представляют собой поток частиц, обладающих огромными энергиями — в несколько десятков миллиардов электроновольт. Такие энергии люди не научились воспроизводить даже в самых мощных реакторах. Радиация, идущая из космоса, включает в себя так называемое первичное космическое излучение, излучение радиационных (внешнего и внутреннего) поясов Земли и излучение солнечных вспышек.

Одни астрофизики высказывают предположение, что лучи в космосе возникают при вспышках новых звезд; другие утверждают, что космические лучи — это остатки исчезнувших звездных светил. Предположений подобного рода высказывается много; действительное же происхождение космической радиации науке еще недостаточно ясно.

По данным современной физики, космические лучи представляют собой поток ядер атомов различных химических элементов. Попадая в атмосферу Земли, эти частицы (первичное космическое излучение), обладающие огромней энергией, сталкиваются с ядрами атомов воздуха. При столкновении они распадаются, образуя более мелкие частицы, излучение которых сходно с рентгеновским. Так возникает вторичное космическое излучение. По интенсивности оно примерно в 50 раз меньше первичного, находящегося за пределами земной атмосферы.

Первичные космические частицы под действием магнитного поля земли отклоняются к полюсам; земной пояс повышенной радиации проходит параллельно экватору. Нижняя граница его над поверхностью Земли расположена над западным полушарием на высоте 500 километров, а над восточным — 1500 километров; верхняя граница — это несколько десятков тысяч километров. Околоземное пространство над Северным и Южным полюсами свободно от зоны радиации. Здесь образовались своеобразные ворота, через которые могут проходить космические корабли, отправляясь к другим планетам.

И хотя неизвестно еще происхождение и источник космических лучей, ученые уже хорошо знают, какую опасность они таят для всего живого. Оказалось, что космическая радиация подобно рентгеновым и гамма-лучам вызывает в живом организме ионизацию, возбуждение атомов и молекул и в определенных дозах оказывается губительной. Следовательно биологическое воздействие космической радиации сходно с ионизирующим излучением.

Магнитное поле земли — «ловушка» для частиц из космоса. Внутри этой «ловушки» космические частицы совершают миллионы колебаний и создают высокую плотность радиационного излучения. Образуются пояса повышенной радиации, идущие вокруг земли параллельно экватору (на схеме они показаны в разрезе). Северный и Южный полюсы свободны от радиации и представляют собой своеобразные окна, через которые могут пролетать космические корабли.

Рядом со схемой — фотография годоскопа — прибора, который позволяет наблюдать распределение частиц космических лучей в пространстве и изучать их поглощение и взаимодействие. Вспыхнувшие лампочки «показали» путь частиц, прилетевших к нам из космоса

В период подготовки первых полетов человека в космос была проведена очень большая предварительная работа. Много раз в космическое пространство на различных летательных аппаратах ученые отправляли разнообразные биологические объекты: собак, кроликов, морских свинок, крыс, мышей, плодовых мушек-дрозофил, различные штаммы кишечной палочки, бактериофаги, ферменты высшие и низшие растения.

В первую очередь необходимо было выяснить, какое действие оказывает космическая радиация на животные и растительные организмы, как влияет она на наследственность. Длительные наблюдения за вернувшимися из полетов животными, мухами-дрозофилами не выявили каких-либо — существенных изменений, которые можно было бы отнести за счет вредного влияния космической радиации. Эти эксперименты позволили сделать вывод, что кратковременные полеты космических кораблей по орбитам, расположенным ниже радиационных поясов Земли и при отсутствии интенсивных солнечных вспышек, не представляют для живых организмов какой-либо радиационной опасности.

Этот вывод полностью был подтвержден во время запусков кораблей «Восток-1» и «Восток-2». Как известно, наши славные космонавты Ю. А. Гагарин и Г. С. Титов получили ничтожно малую дозу радиации, значительно меньшую, чем доза, которую обычно получает человек во время диагностического рентгеновского просвечивания. Такое облучение совершенно безвредно для здоровья человека.

Первые успешные полеты людей в космос потребовали от ученых дальнейших, еще более тщательных исследований космического пространства и, в частности, изучения радиационной опасности. Дело в том, что при длительных полетах, которые могут продолжаться месяцы и годы, космические лучи представят серьезную угрозу для экипажа корабля. Они являются пока еще главным препятствием для длительных полетов.

Как мы уже говорили, наука многое знает о биологическом действии ионизирующих излучений. Однако сейчас можно только предполагать, что космическая радиация будет действовать на живой организм значительно сильнее, чем, скажем, рентгеновы лучи, а во сколько раз сильнее, мы не знаем. Вот почему трудно установить предельно допустимую дозу облучения для космонавтов.

Кроме того, космическая радиация в отличие от радиации в земных условиях будет действовать на организм человека непрерывно в течение всей продолжительности полета, да еще тогда, когда человек испытывает ускорения, вибрацию, невесомость, изменения газового состава в замкнутой кабине корабля и т. д.

Совершенно очевидно, что прежде, чем будет совершен длительный полет в космическое пространство с экипажем на борту, необходимо провести экспериментальные исследования. Прежде всего следует дать возможность изучить эту трассу с помощью, различных животных и растительных организмов. Ведь исследовать действие космической радиации в лабораторных условиях, особенно комбинированное действие всех факторов космического полета на организм животных, к сожалению, невозможно.

В настоящее время ученые считают, что при длительных полетах по просторам Вселенной основная радиационная опасность будет обусловлена главным образом радиационными поясами Земли и солнечными вспышками. Преодолимо ли это серьезное препятствие? Можно полагать, что в недалеком будущем общими усилиями ученых и инженеров-конструкторов будут найдены и разработаны эффективные меры защиты, которые создадут полную безопасность для экипажа от поражающего действия космической радиации во время путешествия на другие планеты.

Проблему защиты человека от проникающих излучений, как предполагают ученые, можно решить различными способами.

На космическом корабле можно соорудить надежную защиту подобно той, какая, например, существует на атомных электростанциях, на атомоходе «Ленин». Ученые многих стран в настоящее время работают над изысканием химических и фармакологических средств, которые способны повысить устойчивость организма человека к действию ионизирующей радиации. Сейчас уже имеется несколько препаратов, ослабляющих действие проникающих лучей.

Нет сомнения, что совместные усилия биологов, физиков, химиков, медиков, астронавтов приведут к тому, что межпланетные полеты станут совершенно безопасньми для здоровья и жизни людей.