Sind schwarze Menschen im Weltraum weniger anfällig für Strahlung?
Antworten
Das zusätzliche Melanin in dunkler Haut bietet zwar einen erhöhten Hautkrebsschutz vor ultraviolettem Licht (UV), aber die Strahlungsumgebung im Weltraum besteht eher aus hochenergetischen Partikeln. UV-Strahlung kann blockiert werden, indem man sich einfach zudeckt, aber energiereiche Teilchen können durch die Wand von Raumfahrzeugen und die Raumanzüge der Astronauten dringen. Unabhängig davon, ob Melanin vor energiereichen Partikeln schützen würde, würde ich denken, dass ihre Durchdringungskraft es ihnen ermöglichen würde, Zellen unter der Haut zu schädigen. Zusammenfassend denke ich, dass Menschen afrikanischer Herkunft das gleiche Strahlenrisiko haben wie alle anderen.
Hier erläutere ich die Antwort von Viktor T. Toth etwas. Ich würde mich freuen, wenn Sie uns auf die Fehler hinweisen könnten.
Beginnen wir mit der Wärmestrahlung , einem recht bekannten Phänomen. Es ist seit langem bekannt, dass das Erhitzen von Eisenwaren auf hohe Temperaturen sie zum Glühen bringt. Mit steigender Temperatur emittiert das Eisen zunächst dunkelrot, dann orange und schließlich leuchtend gelb (bis es schmilzt). Ein weiterer Grund ist, dass dunkle Objekte heller zu sein scheinen als glänzende Objekte, wenn sie auf die gleiche Temperatur erhitzt werden. Detaillierte Untersuchungen waren jedoch erst mit der Einführung von Spektrometern Mitte des 19. Jahrhunderts möglich , mit denen Forscher erstmals ihre Strahlungsspektren zerlegen konnten.
Der erste, der bemerkte, dass die Emissionskraft mit der Absorptionskraft zusammenfällt, war Kirchhoff , der die Spektren der Elemente untersuchte, was zu dieser Zeit ein leistungsstarkes Instrument zur Identifizierung neuer Elemente war. Durch Erhitzen verdünnter Gase auf hohe Temperaturen emittieren sie Strahlungen mit charakteristischen Spektrallinien . Kirchhoff bemerkte, dass die Emissionslinien mit Absorptionslinien (auch bekannt als Fraunhofer-Linien ) zusammenfallen. Kirchhoff vermutete also, dass alle Objekte genau die Lichtfrequenzen aussenden, die sie absorbieren.
Kirchhoff glaubte, dass dies kein Zufall, sondern eine allgemeine Regel sei. Er führte ein Gedankenexperiment durch. In einem undurchsichtigen, geschlossenen Hohlraum im thermischen Gleichgewicht emittiert/absorbiert alles Strahlung zum/vom Hohlraum. Da sich der Hohlraum im thermischen Gleichgewicht befindet , gibt es keine Nettowärmeübertragung, was bedeutet, dass alles genau die gleiche Menge Strahlung abgeben muss, die es absorbiert. Wenn es ein Objekt gibt, das vollkommen schwarz ist – also ein schwarzer Körper (der alle Frequenzen ohne Reflexion/Transmission absorbiert), sendet er das maximale Strahlungsspektrum aus, das genau der Umgebungsstrahlung im Hohlraum entspricht ( Hohlraumstrahlung ).
Sobald die Äquivalenz zwischen der Schwarzkörperstrahlung und der Hohlraumstrahlung festgestellt wurde, wurden Experimente zur Bestimmung des Spektrums durchgeführt. Obwohl es schwierig ist, einen perfekten schwarzen Körper zu finden, da selbst Lampenruß etwa 10 % des einfallenden Lichts reflektiert, sollte das Loch durch Beschichten der Innenwand eines Hohlraums mit Lampenruß und Bohren eines kleinen Lochs in der Lage sein, praktisch alle einfallenden Lichter zu absorbieren, denn Es bedarf mehrerer Überlegungen, damit sie entkommen. Sobald der Hohlraum erhitzt ist, sollte die vom Loch emittierte Strahlung der idealen Schwarzkörperstrahlung sehr nahe kommen.
Nachdem die Spektren bei verschiedenen Temperaturen aufgezeichnet wurden, stellten die Forscher fest, dass die Schwarzkörperstrahlung tatsächlich sehr einfach ist und nur von der Temperatur abhängt, unabhängig von der Form oder den Materialien des Hohlraums. Aus den Spektren konnten einige einfache Muster identifiziert werden. Beispielsweise ist die Frequenzspitze linear mit der Temperatur korreliert ( Wiener Verschiebungsgesetz ) und die Strahlungsleistung (die vom Spektrum eingeschlossene Fläche) ist proportional zur 4. Potenz der Temperatur ( Stefan-Boltzmann-Gesetz ).
Eine solche einfache, elegante Beziehung ähnelt der Geschwindigkeitsverteilung eines idealen Gases, die durch sehr einfache Regeln geregelt werden sollte. Da Forscher den mathematischen Ausdruck der letzteren ( Maxwell-Boltzmann-Verteilung ) tatsächlich auf strenge Weise ableiten, gingen viele davon aus, dass der mathematische Ausdruck der Schwarzkörperstrahlung auf ähnliche Weise abgeleitet werden sollte. Leider erwies sich die Ableitung seines Ausdrucks auf der Grundlage der klassischen statistischen Mechanik als eine Katastrophe ( Rayleigh-Jeans-Gesetz ), das eine unendliche Strahlungsleistung bei kurzen Wellenlängen vorhersagte ( Ultraviolett-Katastrophe ). Da damals niemand glaubte, dass die klassische statistische Mechanik falsch sein könnte, versuchten sie, die Fehler in der Schlussfolgerung herauszufinden, konnten aber nicht herausfinden, welcher Schritt falsch war.
Ungefähr zur gleichen Zeit versuchte Max Planck , den mathematischen Ausdruck durch einfaches Ausprobieren zu identifizieren. Durch Modifizieren der Wienschen empirischen Gleichung ( Wien-Näherung ) erhielt Planck die korrekte Gleichung ( Plancksches Gesetz ), die bei allen Frequenzen ziemlich gut mit experimentellen Daten übereinstimmte. Allerdings fiel es Planck schwer, eine plausible Erklärung für die der Gleichung zugrunde liegende Physik zu finden. Er entwickelte schließlich eine „alternative Erklärung“ ( Planck-Postulat ), dass man aus der Annahme, dass die Absorption und Reemission an der Hohlraumwand nicht kontinuierlich sind, sondern bei ganzzahligen Vielfachen der Energieeinheit ( E=hν ) auftreten , daraus schließen kann Gleichung.
Planck persönlich war mit seiner Erklärung nicht zufrieden, da es für die klassische Elektrodynamik keinen Grund gibt, eine Quantisierung der Strahlungsemission oder -absorption zu fordern. Er glaubte, seine Erklärung sei fehlerhaft und es müsse eine Möglichkeit geben, seine Gleichung abzuleiten, ohne die klassischen Gesetze zu verletzen. Einstein glaubte jedoch , dass E=hν durchaus Sinn macht. Die Absorption und Emission müssen quantisiert werden, da die Strahlung selbst in diskrete „Wellenpakete“ ( Photon ) quantisiert wird, deren Energie genau hν entspricht . Durch die Annahme, dass Lichter diskrete „Wellenpakete“ sind, kann man den photoelektrischen Effekt elegant erklären, der 1915 (ungefähr 10 Jahre später) von Millikan experimentell bestätigt wurde.
Allerdings reicht selbst die Einführung des Photonenkonzepts noch nicht aus, um die Plancksche Gleichung schlüssig abzuleiten. Es war Bose , der herausfand, dass man zur Ableitung des Planckschen Gesetzes davon ausgehen muss, dass Photonen identische Teilchen sind , die nicht einmal im Prinzip unterschieden werden können. Obwohl Teilchen wie Atome und Moleküle in der klassischen Physik identisch sind, können Sie dennoch den Überblick über jedes Teilchen behalten und es mit einer Zahl kennzeichnen. Wenn Sie beispielsweise zwei Golfbälle zufällig in zwei Kisten legen, beträgt die Häufigkeit jedes Ereignisses 1/4 für (2, 0), 1/2 für (1, 1) und 1/4 für (0, 2). . Das liegt daran, dass es zwei mögliche Fälle von (1, 1) gibt. Wenn Sie jedoch zwei Photonen anstelle von Golfbällen einsetzen, gibt es nur einen Fall von (1, 1), da Photonen im Prinzip nicht unterscheidbar sind, und die Häufigkeit jedes Ereignisses sollte alle 1/3 betragen. Obwohl Boses Idee stark gegen unsere Erfahrung verstößt, könnte sie das Plancksche Gesetz elegant ableiten, indem sie dieselbe Methode zur Ableitung der Maxwell-Boltzmann-Verteilung ( Gas in einer Box ) verwendet.
