由于宇宙辐射暴露,器官和组织的显着恶化发生在宇航员中。这是发展中空间行业的主要障碍,涉及扩展的太空探索,商业小行星开采以及地球月球和火星的殖民化。宇宙辐射包括银河系宇宙射线,以及X射线和伽马射线的太阳颗粒事件,这些事件深层诱导了DNA损伤。由辐射引起的宇航员的潜在医疗问题包括癌症,快速衰老,无菌性,免疫系统受损,致病病毒的重新出现,神经变性和记忆障碍。总而言之,长期暴露于辐射的空间人员会产生灾难性的后果。使用干细胞技术的进步上调组织的再生将是抵消辐射损害触发细胞变性的合理方法。干细胞是“生存”细胞,负责人体的持续修复和再生。增加可用干细胞的数量可提高人体的再生能力。当前的干细胞技术在太空中是不可能的,因为它需要使用主要医院外科和实验室设备的多个医学专家。作者已经开发了一种便携式干细胞生物技术试剂盒,该试剂盒紧凑,轻巧且易于操作,可以频繁地在太空中由宇航员进行,以便可能再生受影响的组织并逆转宇宙辐射的影响。该技术使用经过实验室验证的肽水凝胶进行干细胞迁移和膨胀。宇航员只需要捐赠少量的血液或脂肪组织。初步分析表明,干细胞的产量很高,细胞活力出色,并证明了自噬和膜联蛋白V的正常干细胞健康参数。这种方法可能有助于平衡身体受辐射的变性 /再生周期。可以在短时间内培训太空人员,以安全和功效执行该技术。
凝胶是由通过物理或化学键在水中交联的亲水聚合物组成的软材料。由于其轻巧且水丰富的性质,这些材料在包括空间环境在内的各个领域都有应用,以进行辐射保护。实际上,由于其高氢含量,凝胶表现出明显的辐射停止功率,从而减少了入射颗粒的碎片化。这表明他们在屏蔽电子设备和保护宇航员的健康方面的潜在效用。在这项工作中,制造了基于聚(乙烯基醇)(PVA)和硼酸(BA)的交联凝胶,并使用不同的实验和建模技术进行了投资。评估用于制造PVA/BA凝胶的参数的效果,例如时间和温度。傅立叶变换红外光谱(FTIR)用于评估BA与PVA大分子形成杂交互构键的能力。了解这些凝胶的热机械特性和粘弹性,在压缩模式下进行了动态机械分析(DMA)。使用确定性传输代码考虑银河宇宙射线,太阳颗粒事件,太阳粒子事件和低地球轨道辐射,在不同的空间辐射环境中评估了屏蔽性能。使用高电荷(Z)和能量传输(HZETRN)代码来创建不同的横截面作为所选材料的首次输出,然后将电离辐射传播和运输材料内的电离辐射。结果突出显示了在室温下制造的PVA/BA凝胶的几个优点,而无需进行热处理处理。首先,与没有交叉链接器的凝胶相比,BA的掺入可以使水含量略有增加。此外,对弹性模量的检查改善了机械性能,其机械性能显示出PVA凝胶的弹性模量的两倍。此外,对剂量法的分析表明,这些凝胶的辐射保护有效性与纯水的辐射保护有效性,而热处理的PVA/BA凝胶表现出降低的水含量,从而降低了屏蔽性能和降低的柔韧性。因此,在室温下实现的PVA/BA凝胶似乎是PVA凝胶与热处理的对应物之间的最佳材料,使其非常适合将其集成到宇航员的个人保护设备中。
我们研究的主题是未来人类在火星上的定居点的设计。当人类熟悉了这颗星球(而非首次定居)并希望建立一座可供一定数量的定居者(约 500 人)安全居住的小城市时,我们将在火星上建造基地。在这种情况下,我们设想(利用所有已经可以实现的技术)建造一个直径约 100 米的大型可居住圆顶,部分采用 3D 打印技术通过烧结“原位”材料建造,部分采用现场组装的测地线几何大玻璃窗,照亮太空基地内部并让居民可以看到外面。玻璃测地线结构的元素将由高强度铝制成,并将与玻璃本身一起由可能很快登陆火星的大型航天发射器运载。由于圆顶周围有一组电缆(具有非常高电压的超导体),距离圆顶有适当的距离(至少 50 米),这些电缆沿着理想球体的平行线排列,并由刚性圆形元件沿子午线支撑,因此能够拥有明亮的环境并观察外部全景。这些电缆将产生足以屏蔽危险的宇宙射线但距离居住区足够远的人工磁场。这种配置(与最先进的技术相比非常创新)将使未来的定居者能够舒适地生活,而不会遭受室内压力,而他们在光封闭的环境中则会受到室内压力。子午线结构本身除了支撑电缆外,还将支撑“高架起重机”的元素,以便建造结构本身(通过“增材制造”技术)并对大型外部玻璃窗元素进行必要的维护,这些元素必须清除火星尘埃,并可能被更换(在其外部牺牲层),以防被微陨石击中。在可居住的圆顶内,将有花园、公园和湖泊,以及一系列可俯瞰被外部阳光照亮的巨大空间的可居住楼层,并可欣赏到红色星球的沙丘景色。它不仅是一个生存的前哨,而且还是一个令人兴奋和有趣的地方,可以度过一个难忘的太空假期!
如果一个不知名的亿万富翁在十岁生日之后选择了您的长子女儿成为火星第一个人类定居点的一部分,该怎么办?发现,由于连续暴露于太阳风,宇宙射线,电离辐射的其他来源和对女孩的发育过程以及细胞和组织分化有害的电离辐射来源,因此发现火星上缺乏磁层会导致女孩组织中的细胞病变大量率?您是否同意,知道低重力吸引力会导致不同生理系统和她的解剖结构(从肌肉骨骼系统到神经,循环系统或呼吸系统)的不可逆变形吗?这是纽约社会心理学家乔纳森·海特(Jonathan Haidt)的挑衅性思想实验,开始了他的论文《焦虑一代》。这是一种雄心勃勃且高度致力于识别在最近的精神疾病发生率增加(主要是焦虑抑郁症,但也令人上瘾的行为,饮食失调,人格障碍,人格障碍,精神分裂症等)的基础上的基本原因。Z世代成员之间虽然我们年轻人中的痛苦海啸似乎已经达到了自2019年大流行以来的失控增长率,在此过程中引起了父母和老师的深刻和深刻的理解,他们见证了这种疾病及其症状(Anhedonia,anhedonia,anhedonia,self-Injury,self-Injury,selfsinalia,selfine coodeation,dyssomnia等,dyssomnia等)。在他的书中,Haidt汇编了父母的描述性证词,他们无助地观察孩子的行为改变和痛苦。),Haidt的文章表明,至少对于美国而言,可用的数据使我们能够追踪自新千年开始以来,主要是在2010年代初期开始的内部化和外部疾病的兴起。当然,我们可以并且应该同情他们可以理解的关注点,但是除了确认问题的严重性外,作者还提供了渠道,可以通过该渠道就可以在2010年代以来及其在过去五年中迅速升高的速度提高的心理社会条件来构建一个病因的解释性假设。可以大大简化事物,可以说,海德(Haidt)论文中最重要的部分是在与近年来观察到的与心理障碍浪潮有关的数字中添加了一种真实原因(从牛顿意义上讲)。即:
上下文。宇宙射线(CR)通量以及进入系外星的大气的氢通量可以改变所述大气的组成。在这里,我们在大气上方呈现CR和氢通量。为此,我们研究了3D多流体洋化型 - drodynalnic(MHD)的天文合间结构。目标。我们旨在使用四种不同的模型:流体动力(HD)和理想的MHD单流体模型以及两种情况下的多流体模型,包括来自室内介质的中性氢气流(ISM),包括流体动力(HD)和理想的MHD单流体模型以及多流体模型(ISM)。在多流体模型中的Cr通量和系外环境中的电离速率也显示出来。方法。使用3D Cronos代码对天然圈进行建模,而LHS 1140B处的CR通量是使用1D和3D随机银河CR(GCR)调制代码计算的。最后,使用ATRIS代码估算大气电离和辐射剂量。结果。表明,终止(TS)的3D多流体位置与3D理想单点流体HD病例中的3D多流体位置明显不同。cr通量与使用3D调制代码计算的方法完全不同,并在所讨论的系外行星上显示了本质上未调制的频谱。利用这些光谱,得出了LHS 1140 B大气中的电离速率和辐射暴露。结论。表明,多流体MHD TS距离与其他模型的距离明显不同,尤其是基于理想的单流体HD的分析方法。必须从3D多流体MHD模型中取出TS,Astropause和Bow震动距离,以正确确定CR通量。此外,由于天体微小,外部球星被淹没在ISM的中性氢气中,这将影响超球星的气氛。对于避免对GCR强度的不切实际估计,也必须使用3D进行GCR调制的3D方法。由于大气化学过程,因此,传播光谱特征和生物签名信息的推导很大程度上取决于大气电离,我们的结果强调,可靠的GCR诱导的背景辐射信息是强制性的,尤其是对于LHS 1140.
太空探索的主要挑战之一是妥善保护宇航员免受太空环境的危害。因此,宇航服是为了在舱外活动期间保护机组人员而设计的,但它们目前无法妥善承受微流星体和轨道碎片 (MMOD) 等撞击造成的损坏,如果被刺破,它们会减压和坍塌,造成灾难性的后果。在这种情况下,将自修复材料整合到宇航服中的可能性引起了科学界的关注,因为它可以实现自主损伤修复,从而提高安全性和使用寿命。然而,太空环境对这些材料的影响仍有待确定,并可能导致其整体性能显著下降。本文介绍的研究重点是应用于宇航服的第一个例子,分析了一组候选自修复聚合物在暴露于模拟太空辐射之前和之后的修复性能。在未辐照的情况下,还对双层膜和以这些聚合物为基质的纳米复合材料进行了比较。本研究还旨在通过将自修复材料的标准表征(例如:划痕、冲击和穿刺测试)与空间辐射对其影响的评估相结合,填补这两个方面的空白。了解辐射是否以及如何影响损伤恢复性能,实际上是确定给定的自修复材料是否真的可以用于太空应用的基础。通过穿刺损伤后的现场流速测量来评估自修复响应。收集最大和最小流速、它们之间的时间以及穿刺后 3 分钟内损失的空气量作为修复性能参数。对于纯材料,然后在伽马射线辐照样品上重复相同的测试,以研究暴露于模拟空间辐射后自修复性能的变化。结果表明,粘性响应较低的系统的修复性能较高,辐照后修复性能会降低。因此,需要进一步分析空间环境对所呈现材料的影响。 NASA HZETRN2015(高 Z 和能量传输,2015 版)软件也用于模拟舱外活动期间银河宇宙射线对航天服的作用。将经典的航天服多层与将标准内胆替换为每种分析材料层的配置进行比较,以确定最有希望的候选者,并确定添加纳米填料是否会显着提高屏蔽能力。
从开始点开始,SWGO的主要重点是其在南半球的位置,可通往南部天空和人口稠密的银河平面地区。因此,银河科学是SWGO的动机和科学议程的关键组成部分:南方的地面粒子探测器,对非常高的能量伽马仪敏感。三个关键主题推动设计,因此用于板凳标记SWGO。这些是:脉冲脉冲组织周围的伽玛射线光环;银河差异使用伽马射线发射,包括费米气泡;以及搜索和研究Pevatrons,Pevatrons,pevatrons,Galactic Cosmic Rays的加速器,直到PEV能量。相应地,我们探讨了有希望的脉冲星和光晕候选者位置位于第2节中位置的约束。由于银河平面本质上挤满了沿着视线的相似位置的来源,尤其是沿螺旋臂,因此角度分辨率受到了可能来自伽马射线源的源混乱水平的限制,而伽马射线源近距离接近。然而,在某些情况下,扩展的伽马射线源将导致视力不可避免的视线重叠。用于研究低表面亮度银河差发射的研究,良好的背景排斥是至关重要的; SWGO计划达到可以合理地检测费米气泡的水平。为了检测Pevatrons并研究其光谱具有最高能量的特征,例如它们的光谱曲率,需要良好的能量分辨率和灵敏度(请参阅第3节)。带有SWGO的银河系γ射线科学是一个丰富的机会,可以研究来自pevatrons的最高能量银河系宇宙射线和γ射线光环中的粒子传输过程,包括粒子逃生和由于磁场而引起的。此外,可以通过表明过去活性的费米气泡研究我们星系的复杂进化历史。The ambient sea of Galactic cosmic rays, those which we isotropically detect at Earth, can be probed through studies of the Galactic diffuse gamma-ray emission that arises as a result of interactions with interstellar clouds (producing gamma-rays through the decay of neutral pions) and radiation fields (producing gamma-rays through the leptonic inverse Compton scattering process).
简介:超高能(UHE;≳ 10 16 eV)天体物理中微子具有巨大的发现潜力。它们将探测超高能宇宙射线的加速器,超高能宇宙射线的探测能量最高可达 ∼ 10 20 eV。与在宇宙微波背景上向下散射并在磁场中偏转的宇宙射线不同,探测到的中微子将指向其来源。超高能中微子-核子相互作用探测对撞机能量尺度以上的质心能量,从而可以进行灵敏的新物理测试。为了充分利用超高能中微子的科学潜力,我们最终需要一个具有足够曝光度的天文台,即使在悲观的通量情景下也能收集高统计数据。当超高能中微子在物质中相互作用时,它们会产生相对论性粒子级联,以及由于相对论性粒子能量损失而产生的非相对论性电子和原子核尾迹。冰中的时间积分级联轮廓是一个长度约 10 米、半径约 0.1 米的椭圆体。几乎所有的主要相互作用能量都用于介质的电离。来自单个级联电子和正电子的非相干光学切伦科夫辐射可以在 TeV–PeV 探测器(如 IceCube [1])和类似实验 [2–4] 中探测到。然而,由于中微子谱急剧下降,拟议的后继者 IceCube-Gen2 [5] 的光学探测率太小,不足以成为合适的超高能天文台。已经提出并实施了几种更有效的技术来探测来自超高能中微子的级联。首先,级联中净电荷不对称产生的相干射频辐射(阿斯卡里安效应 [6])已在实验室中观测到 [7],并且是过去 [8]、现在 [9–11] 和拟议 [12, 13] 实验的焦点。由于冰中无线电的透明性 [16–20],无线电方法(详见参考文献 [14, 15])可以比光学探测器更稀疏地测量大体积 [16–20],从而使得大型探测器的建造更具成本效益。其次,τ 中微子与地球相互作用,可以产生 τ 轻子(携带大部分原始 ν τ 能量),该轻子离开地球并在空气中衰变,产生 cas-
背景。要解释星际环境中复杂有机分子 (COM) 的存在,需要彻底了解气相和星际表面相互作用中发生的物理和化学反应。实验和计算机模拟对于建立与这些环境中有机分子形成相关的过程的综合目录至关重要。目的。我们将实验与定制的计算机模拟相结合,首次研究了乙醛 CH 3 CHO(一种重要的冷星际环境中的有机前体)在非晶态固体水中的解吸动力学。我们写这篇论文有两个目标。首先,我们想将这种分子在太空有机分子演化中的作用具体化。其次,我们想提出一个联合方案,基于计算和实验的结合来产生关于解吸量级的定量信息。该方案可用于改进对其他分子的测量。方法。我们利用结合半经验和密度泛函计算的分子动力学模拟,从理论上确定了解吸能和解吸的指数前因子。我们还在无孔非晶态固体水上对乙醛进行了程序升温解吸实验。理论和实验结果的结合使我们能够得出可靠的数量,这些数量对于理解星际冰顶上的星际 COM (iCOM) 的解吸动力学是必需的。结果。发现 CH 3 CHO 从无孔非晶态固体水 (np-ASW) 表面解吸的平均理论和实验解吸能分别为 3624 K 和 3774 K。理论确定的指数前因子为 ν theo = 2。 4 × 10 12 s − 1 ,而通过实验可以将这个量级限制在 10 12 ± 1 s − 1 。结论。将 CH 3 CHO 的解吸能与其他 COM(例如 CH 3 NH 2 或 CH 3 NO)进行比较,可以发现 CH 3 CHO 的挥发性更强。因此,我们认为,考虑到平均结合能,CH 3 CHO 应该在热核的冰升华阶段优先解吸,从而富集该特定组分的气相。此外,整体低结合能表明由于非热效应(即反应性解吸或宇宙射线诱导的解吸),恒星前核可能提前返回气相。这可以解释 CH 3 CHO 在恒星前核气相中的普遍存在。需要专门的实验室和理论努力来证实最后一点。
大型强子对撞机时代迷人的粲夸克、美丽的底夸克和夸克胶子等离子体 Santosh K. Das 和 Raghunath Sahoo* 宇宙通过大爆炸诞生后几微秒,原始物质被认为是物质基本成分——夸克和胶子的混合物。预计这将在实验室中通过超相对论速度下的重核碰撞产生。在美国纽约布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机和瑞士日内瓦欧洲核子研究中心的大型强子对撞机的能量和光度边界上,可以产生一种由夸克和胶子组成的等离子体,称为夸克胶子等离子体 (QGP)。重夸克,即粲夸克和底夸克,被视为表征 QGP 的新探针,因此可以表征产生的量子色动力学物质。重夸克传输系数在理解 QGP 的性质中起着重要作用。核抑制因子和椭圆流的实验测量可以限制重夸克输运系数,这是现象学研究的关键因素,有助于解开不同的能量损失机制。我们对 QGP 中的重夸克拖拽和扩散系数进行了总体介绍,并讨论了它们作为探测器解开不同强子化机制以及探测非中心重离子碰撞产生的初始电磁场的潜力。从新技术发展的角度来看,未来测量的实验前景被特别强调为下一代探测器的重味。关键词:大爆炸、重离子碰撞、重味、夸克胶子等离子体。20 世纪下半叶,Murray Gell-Mann 和 George Zweig 发现了强子的夸克模型,Glashow、Salam 和 Weinberg(以及许多其他人)通过基本力的统一发现了粒子物理的标准模型,这在粒子物理学中取得了巨大的成功。基础科学在寻找物质基本成分的同时,也为粒子探测和加速器技术的发展做出了巨大贡献,产生了巨大的直接和间接的社会效益。就目前对物质成分的理解而言,我们有六夸克、六轻子、它们的反粒子和力载体。然而,在这其中,我们只遇到轻夸克(LQ)——上夸克和下夸克,以及正常核物质中的电子。其他重粒子是在宇宙射线和粒子加速器的高能相互作用中产生的。虽然这些基本粒子如夸克和轻子自由存在,但它们的性质并不相同。
