Ученые Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) с помощью пучков нейтронов изучили пыль, осевшую за десять лет на хлопковом полотне. Его вывесили космонавты на корпусе МКС в открытом космосе.
Загрязнение наружной поверхности космических аппаратов осадком неизвестного происхождения может уменьшить срок их службы. Осадок приводит к перегреву загрязненных поверхностей и как следствие – к термической деформации, нарушению герметичности и другим существенным проблемам. Особенно опасны такие загрязнения для международной космической станции (МКС), где постоянно живут и работают люди.
Интересно, что поверхность МКС загрязнена только с одной стороны. Похоже, пыль в космосе движется потоком, задевающим станцию, словно ветер.
Чтобы выяснить, что за пыль присутствует в космосе, 10 марта 2009 года космонавт Юрий Лончаков и астронавт Майкл Финке во время выхода в открытый космос закрепили на внешней «подветренной» стороне МКС полотно их хлопчатобумажной ткани. 15 мая 2019 года полотно сняли, поместили в пакет с застежкой в условиях атмосферы космической станции и в сентябре 2019 года доставили на Землю. Так что хлопковое полотенце провисело в космосе чуть больше 10 лет.
Фрагменты доставленной из космоса ткани проанализировали в нескольких научных лабораториях, чтобы выяснить состав космической пыли и проверить, есть ли в ней микроорганизмы. Однако методы, которые для этого использовали, смогли определить не так уж много элементов в составе пыли. И решено было попробовать применить более чувствительный метод исследования – нейтронный активационный анализ, которым занимаются в Лаборатории нейтронной физики Объединенного института ядерных исследований.
Два одинаковых фрагмента такни (один чистый и один – привезенный из космоса) были переданы в Лабораторию нейтронной физики им. И. М. Франка ОИЯИ. На установке РЕГАТА исследовательского реактора ИБР-2 на быстрых нейтронах ученым удалось обнаружить 39 химических элементов в загрязнённом космической пылью фрагменте свертка ткани и 19 элементов в чистом фрагменте.
По мнению исследователей, одним из источников пыли являются частицы, разлетающиеся при падении метеоритов, астероидов или комет. Путем сравнения химических элементов с полотенца из космоса и с Земли ученые подтвердили космическое происхождение магния, кремния, железа, урана и тория в пыли на полотне с МКС.
Источником алюминия и титана на космическом полотне ученые сочли МКС, поскольку ее корпус, в основном, состоит из алюминия, а трубопроводы – из коррозиестойких сталей и титановых сплавов.
Помимо космических тел и самой МКС, другим источником осаждения элементов на полотне, исследователи указывают частицы, выбрасываемые с Земли, например, вулканический пепел. Вулканический пепел можно считать важным источником Ba, Zr, Re, Sr, Rb и редкоземельных элементов.
В верхнюю часть ионосферы на высоту орбиты МКС ионизированные частицы из состава газопылевых выбросов вулкана могут попасть с восходящей ветвью глобальной электрической цепи. Это своеобразный ионосферный лифт обеспечивает медленный подъем аэрозолей за счет механизмов турбулентной электротермодиффузии.
«Нашей команде всегда было интересно проанализировать какие-то необычные, уникальные образцы, – говорит руководитель группы исследователей Инга Зиньковская из Лаборатории нейтронной физики им. И.М. Франка ОИЯИ. – В первую очередь по той причине, что метод нейтронного активационного анализа дает широчайшие возможности. Полученные результаты показали, что для такого объекта исследования нейтронный активационный анализ находится вне конкуренции».
Результаты работы опубликованы в журнале Acta Astronautica. Авторы исследования надеются, что они заинтересуют коллег из Роскосмоса и позволят группе участвовать и в других экспериментах, проводимых на МКС.
Сразу после анализа фрагментов космического полотна ученым из Лаборатории нейтронной физики ОИЯИ поступили на анализ около 50 образцов метеоритов, включая знаменитый челябинский.