Promieniowanie kosmiczne powstrzymuje nas od wysyłania ludzi na Marsa

Niesamowite niebezpieczeństwa zagrażają ludzkim astronautom podróżującym w kosmos. Niektóre z nich, takie jak asteroidy, są oczywiste i można ich uniknąć za pomocą jakiegoś przyzwoitego LIDARA. Inni nie. Na szczycie nie tak dużej listy znajduje się promieniowanie kosmiczne, coś, co NASA jest obecnie przygotowana do ochrony odkrywców podczas przewożenia ich na Marsa. Środowisko promieniowania poza magnetosferą nie sprzyja życiu, co oznacza, że ​​wysyłanie astronautów tam bez ochrony jest równoznaczne z wysłaniem ich do zagłady.

Chociaż od ponad pół wieku wysyłamy astronautów w kosmos, ogromna większość tych misji ogranicza się do podróżowania na niską orbitę Ziemi - od 99 do 1200 mil na wysokości. Ziemskie pole magnetyczne - rozciągające się na tysiące kilometrów w kosmos - chroni planetę przed uderzeniem czołowym przez wysokoenergetyczne cząstki słoneczne przemieszczające się ponad milion mil na godzinę.

Istnieją trzy duże źródła promieniowania kosmicznego i wszystkie one stwarzają pewne ryzyko, którego nie zawsze można przewidzieć ani chronić przed nimi. Pierwszy to promieniowanie uwięzione. Niektóre cząstki nie są odchylane przez pole magnetyczne Ziemi. Zamiast tego są uwięzieni w jednym z dwóch dużych pierścieni magnetycznych otaczających Ziemię i gromadzą się razem w ramach pasów promieniowania Van Allena. NASA musiała walczyć tylko z pasami Van Allena podczas misji Apollo.

Drugim źródłem jest galaktyczne promieniowanie kosmiczne lub GCR, które pochodzi spoza Układu Słonecznego. Te zjonizowane atomy poruszają się zasadniczo z prędkością światła, chociaż ziemskie pole magnetyczne jest również w stanie chronić planetę i obiekty na niskiej orbicie Ziemi od GCR.

Ostatnim źródłem są zdarzenia cząstek słonecznych, które są ogromnymi zastrzykami energetycznych cząstek wytwarzanych przez słońce. Istnieje różnica między wiatrami słonecznymi normalnie emitowanymi przez słońce, które docierają do Ziemi około jednego dnia, a tymi zdarzeniami o wyższej intensywności, które uderzają w nas w ciągu 10 minut. Poza produkcją potencjalnie śmiertelnej ilości promieniowania dla astronautów, SPE może być czasami bardzo nieprzewidywalna, co utrudnia naukowcom i inżynierom NASA opracowanie środków ochronnych przeciwko nim.

NASA bada promieniowanie kosmiczne w taki sposób, w jaki pracodawcy określają dopuszczalne ryzyko dla swoich pracowników - nie będą narażać astronautów na ryzyko zawodowe związane z rozwojem raka powyżej pewnego progu. Aby opracować tę ocenę, NASA przygląda się wielu różnym czynnikom, od tego, dokąd uda się załoga, jak daleko od słońca będą wyglądać, jak będzie wyglądał cykl słoneczny w tym czasie, do jakiego statku i osłaniając ich ” ponownie pracować. Zespół biologów bada, jakie mogą być skutki fizjologiczne w trakcie danej podróży i wykorzystuje modele komputerowe do wypluwania oceny ryzyka zawodowego.

Dla NASA akceptowalne ryzyko oznacza trzykrotne zwiększenie ryzyka raka w ciągu całego życia.

Ale złagodzenie ryzyka raka nie jest jedynym problemem. Najczęstszym problemem są nudności - nie tak źle, jeśli jesteś w statku kosmicznym z torbami barfowymi w pobliżu, ale dość niebezpieczne, jeśli jesteś na spacerze kosmicznym, a wszystko, co masz, to skafander kosmiczny do złapania wymiocin. System odpornościowy może również zaatakować przez kilka dni lub tygodni, a złapanie infekcji tam, gdzie wszystko jest martwe, nie jest bueno.

W tej chwili największą rzeczą, jaką mamy do ochrony astronautów przed promieniowaniem kosmicznym - zwłaszcza GCR - jest ekranowanie materiału. Działa to całkiem dobrze, ale nie wiemy, jak gruba musi być osłona na statku związanym z Marsem. Zbyt grube i kosztowne jest wyprowadzenie statku w kosmos, nie mówiąc już o stratosferze. Zbyt chuda i załoga cierpi. W rzeczywistości cienkie osłony mogą w rzeczywistości spowodować zwiększenie ilości wtórnego promieniowania. Dlatego właśnie aluminium było materiałem z wyboru - jest wystarczająco mocny, aby rozerwać cząstki promieniowania kosmicznego, ale wystarczająco lekki, aby statki kosmiczne mogły efektywnie podróżować.

Ale NASA wysłała astronautów na księżyc iz powrotem - nie mniej - paskami Van Allena - i nikt nie umarł. Czy to nie znaczy, że już odkryliśmy całą rzecz promieniowania kosmicznego?

Nie do końca. Skutki promieniowania kosmicznego zależą od ekspozycji - im dłużej przebywasz w kosmosie, tym bardziej ryzykujesz. Misje Apollo zajęły około trzech dni, aby dotrzeć na Księżyc. Załoga dla Apollo 11 wrócił do domu osiem dni po odlotu. Ramy czasowe dla misji Mars są w skali lat. „Istnieją dwie różne klasy misji Marsa” - mówi Gregory Nelson, naukowiec z Loma Linda University, który specjalizuje się w fizjologicznych skutkach promieniowania kosmicznego. „Jeden z nich dotrze tam szybciej, abyś mógł zostać dłużej na powierzchni Marsa. Myślę, że to 500 dni i szybko wracasz. W drugiej wersji jesteś już od 900 lat. ”Nelson mówi, że załoga jadąca na Marsa byłaby prawdopodobnie narażona na około jedną szarość promieniowania - ponad 277 razy większą niż normalna wartość promieniowania na Ziemi.

Ryzyko rozwoju raka lub narażenia na śmiertelną ilość promieniowania wzrasta wykładniczo w tym okresie. Prosta aluminiowa osłona nie przecina go. Istnieją jednak nowe technologie, które naukowcy badają i testują, które mogą okazać się pomocne.

Jedną z nich jest koncepcja „aktywnego ekranowania”, w której tworzysz sztuczne pole magnetyczne poprzez nadprzewodzące magnesy. Niestety, jak mówi Nelson, technologie te wymagają zbyt dużej mocy. „Aby móc pracować, trzeba latać z całym ciężkim statkiem kosmicznym i zasilaczem” - mówi. Istnieją naukowcy poszukujący mniejszych pól do ochrony osób lub pojazdów naziemnych. Ale według Nelsona aktywne ekranowanie jest „niesprawdzone”.

„Problem”, mówi, „czy cząstki pojawiają się we wszystkich kierunkach w tym samym czasie, więc nie jest tak, jak wyciągnięcie ręki i zablokowanie widoku słońca będzie wystarczające”.

Innym pomysłem jest interwencja na poziomie biologicznym. Obecnie badany i testowany jest pomysł użycia przeciwutleniaczy w dużych stężeniach, które mogą być podawane po złym zdarzeniu słonecznym. Nelson przytacza badania dotyczące wykorzystania związków witaminy E lub składników odżywczych występujących w jagodach, truskawkach lub czerwonym winie. Dorit Donoviel, zastępca głównego naukowca w National Space Biomedical Research Institute, pracuje nad czymś podobnym, identyfikując potencjalne związki, które mogą być w stanie zapobiec miejscowemu powstawaniu nowotworów z powodu określonych zdarzeń radiacyjnych, poprzez badania kliniczne na pacjentach z późnym stadium raka.

Niestety większość z tych badań opiera się na modelach myszy lub ludziach, którzy nie reprezentują zdrowej, dopasowanej sylwetki, która definiuje prawie wszystkich astronautów. Ogólnie rzecz biorąc, Nelson uważa, że ​​metody te są jak dotąd nieefektywne ze względu na duże ilości naładowanych cząstek znalezionych w promieniowaniu kosmicznym. Jest to potęgowane przez fakt, że interwencje biologiczne mogą wywołać straszne skutki uboczne - a ty chciałbyś powstrzymać astronautów od konieczności wstrzykiwania czegoś strasznego do ich ciał w odstępach tygodniowych.

Zarówno Nelson, jak i Donoviel powtarzają, że obecnie NASA nie jest w stanie wysłać ludzi na Marsa i nadal z ufnością trzyma się trzy procentowego ryzyka zachorowania na raka w późniejszym życiu. To z pewnością nie oznacza, że ​​badania zostaną przerwane - ale jeśli agencja zamierza umieścić buty na czerwonej planecie do końca lat 30-tych XX wieku, mają dużo więcej pracy do rozwiązania zagadki promieniowania kosmicznego.