Mellomstråling stopper stille oss fra å sende mennesker til Mars

Indirekte farer truer menneskelige astronauter som reiser inn i dyprommet. Noen av disse, som asteroider, er åpenbare og unngås med noe anstendig LIDAR. Andre er det ikke. På toppen av ikke-så mye listen er romstråling, noe NASA er på nå måte forberedt på å beskytte explorers fra mens de fergerer dem til Mars. Strålingsmiljøet utenfor magnetosfæren bidrar ikke til livet, noe som betyr å sende astronauter der ute uten beskyttelse, tilsvarer å sende dem til deres undergang.

Mens vi har sendt astronauter til rom i over et halvt århundre nå, har de aller fleste av disse oppdragene vært begrenset til å reise inn i lav jordens bane - mellom 99 og 1200 mil i høyde. Jordens magnetfelt - som strekker seg tusenvis av miles i verdensrommet - beskytter planeten mot å bli rammet av høy-energi solpartikler som reiser over en million miles i timen.

Det er tre store kilder til romstråling, og de utgjør alle en viss risiko som ikke alltid kan forventes eller beskyttes mot. Den første er fanget stråling. Noen partikler blir ikke avbøyet av jordens magnetfelt. I stedet er de fanget i en av de to store magnetiske ringene rundt jorden, og akkumuleres sammen som en del av Van Allens strålingsbelter. NASA har bare måtte kjempe med Van Allen-belter under Apollo-oppdragene.

Den andre kilden er galaktisk kosmisk stråling, eller GCR, som stammer fra utsiden av solsystemet. Disse ioniserte atomer reiser i utgangspunktet lysets hastighet, selv om jordens magnetfelt også er i stand til å beskytte planeten og gjenstander i lav jordens bane fra GCR.

Den siste kilden er fra solpartikkelhendelser, som er store injeksjoner, energiske partikler som produseres av solen. Det er et skille mellom solsvindene som normalt sendes ut av solen, som tar omtrent en dag å komme til Jorden, og disse høyere intensitetshendelsene som rammer oss innen 10 minutter. I tillegg til å produsere en potensielt dødelig mengde stråling for astronauter, kan SPE noen ganger være vilt uforutsigbar, noe som gjør det vanskelig for NASA-forskere og ingeniører å utvikle beskyttende tiltak mot dem.

NASA undersøker romstråling slik arbeidsgivere bestemmer akseptable risikoer for sine ansatte - de vil ikke utsette astronautene for en yrkesmessig risiko for å utvikle kreft utover en viss terskel. For å utvikle denne vurderingen ser NASA inn en rekke forskjellige faktorer, hvorfra et mannskap skal gå, hvor langt fra solen vil de være, hva vil solcellen se ut i løpet av den tiden til hva slags skip og skjerm de ' re arbeider med. Et team av biologer studerer hva de fysiologiske effektene kan være på en gitt tur og bruker datamodeller for å spytte ut arbeidsmessige risikovurderinger.

For NASA betyr akseptabel risiko en tre prosent overskytende levetidsrisiko for kreft.

Men å redusere kreftrisiko er ikke det eneste problemet. Det vanligste problemet er kvalme - ikke så ille hvis du er i et romfartøy med barf-poser i nærheten, men ganske farlig hvis du er ute på en romtur og alt du har er en plassdrakt for å fange oppkast. Ens immunsystem kan også ta et treff i noen dager eller uker, og det er ingen bueno å fange en infeksjon der ute i det døde.

Akkurat nå er den største tingen vi har for å beskytte astronauter fra romstråling - spesielt GCR - materiell skjerming. Dette fungerer ganske bra, men vi vet ikke hvor tykk skjerming skal være på et Mars-bundet skip. For tykk, og det er kostbart uønsket å få skipet ut i rommet, enn si inn i stratosfæren. For tynn og mannskapet lider. Faktisk kan tynne skjold faktisk føre til økt mengde sekundær stråling. Derfor har aluminium vært det materialet du har valgt - det er robust nok til å ødelegge kosmiske strålepartikler fra hverandre, men lett nok til at romfartøyet skal reise effektivt med.

Men NASA har sendt astronauter til månen og tilbake - gjennom Van Allen-belter, ikke mindre - og ingen døde. Betyr det ikke at vi allerede har fått hele kosmisk stråle-tingen funnet ut?

Ikke helt. Effektene av romstråling er avhengig av eksponering - jo lengre du er ute i rommet, jo mer er du i fare. Apollo-oppdragene tok omtrent tre dager for å komme til månen. Mannskapet for Apollo 11 var tilbake hjem åtte dager etter løfting. Tidsrammen for Mars-oppdrag er på en skala av år. "Det er to forskjellige klasser av Mars oppdrag," sier Gregory Nelson, en forsker ved Loma Linda University som spesialiserer seg på fysiologiske effekter av romstråling. "En av dem kommer til det raskere, slik at du kan bli lenger på Mars-overflaten. Jeg tror det er 500 dager, og du kommer raskt tilbake. I den andre versjonen har du gått som 900 dager. "Nelson sier at et mannskap som går til Mars, sannsynligvis vil bli utsatt for omtrent en stråling av stråling - over 277 ganger dosen av normalt års verdi for strålingseksponering på jorden.

Risikoen for å utvikle kreft eller å bli utsatt for en dødelig mengde stråling stiger eksponentielt i den tidsrammen. Enkel aluminiumskjerming vil ikke kutte den. Det er noen nye teknologier som forskere studerer og tester som kan vise seg å være nyttige.

En er et konsept kalt "aktiv skjerming" der du lager et kunstig magnetfelt gjennom superledende magneter. Dessverre, som Nelson sier, trengte disse teknologiene alt for mye kraft. "Du må fly et helt annet tungt romfartøy og strømforsyning for å få det til å fungere," sier han. Det er forskere som ser på å generere mindre felt for å beskytte enkeltpersoner eller kjøretøyer. Men ifølge Nelson er aktiv skjerming "uprøvd".

"Problemet, sier han," er partiklene i alle retninger på samme tid, så det er ikke som å sette hånden ut og blokkere syn på solen vil være nok."

En annen ide er faktisk å gripe inn på det biologiske nivået selv. En ide som nå studeres og testes, er bruken av antioksidanter i store konsentrasjoner som kan administreres etter en dårlig solhendelse. Nelson nevner studier for å utnytte vitamin E-forbindelser, eller næringsstoffer som finnes i blåbær, jordbær eller rødvin. Dorit Donoviel, nestleder sivilforsker ved National Space Biomedical Research Institute, jobber med noe lignende ved å identifisere potensielle forbindelser som kan forhindre lokal tumordannelse på grunn av spesifikke strålingshendelser, gjennom kliniske forsøk på kreftpasienter i sent stadium.

Dessverre er de fleste av disse studiene avhengige av musemodeller eller mennesker som ikke representerer den sunne, fysiske kroppen som definerer nesten alle astronauter. Generelt mener Nelson at disse metodene er så langt ineffektive, på grunn av de høye mengder ladede partikler som finnes i kosmisk stråling. Dette forsterkes av det faktum at biologiske inngrep kan skape forferdelige bivirkninger - og du vil at astronautene behøver å injisere noe forferdelig inn i kroppen sin hver uke.

Både Nelson og Donoviel gjentar at i dag er NASA ikke i stand til å sende folk til Mars og fortsatt trygt holde seg til en tre prosent risiko for å utvikle kreft senere i livet. Det betyr absolutt ikke at forskningen vil stoppe - men hvis byrået har tenkt å sette støvler på den røde planeten innen slutten av 2030-årene, har de mye mer arbeid å gjøre for å løse romstrålepuslespillet.