Космическое излучение тихо мешает нам отправлять людей на Марс

Неисчислимые опасности угрожают астронавтам, путешествующим в дальний космос. Некоторые из них, такие как астероиды, очевидны и их можно избежать с помощью приличного лидара. Другие нет. В верхней части списка не так много космической радиации, что НАСА сейчас готово защитить исследователей от переправы на Марс. Радиационная среда за пределами магнитосферы не способствует жизни, а это значит, что отправка астронавтов без защиты равносильна отправке их на гибель.

Хотя мы отправляли астронавтов в космос уже более полувека, подавляющее большинство этих миссий ограничивалось полетами по низкой околоземной орбите - между высотой от 99 до 1200 миль. Магнитное поле Земли, которое простирается на тысячи миль в космос, защищает планету от прямого удара высокоэнергетическими солнечными частицами, путешествующими со скоростью более миллиона миль в час.

Существует три крупных источника космического излучения, и все они представляют определенный уровень риска, который не всегда можно предвидеть или защитить от него. Первое - это захваченное излучение. Некоторые частицы не отклоняются магнитным полем Земли. Вместо этого они оказываются в ловушке одного из двух больших магнитных колец, окружающих Землю, и накапливаются вместе как часть радиационных поясов Ван Аллена. НАСА было только бороться с поясами Ван Аллена во время миссий Аполлона.

Вторым источником является галактическое космическое излучение, или ГКЛ, которое исходит из-за пределов Солнечной системы. Эти ионизованные атомы движутся в основном со скоростью света, хотя магнитное поле Земли также способно защитить планету и объекты на низкой околоземной орбите от GCR.

Последний источник - это события, связанные с солнечными частицами, которые представляют собой огромные инъекции энергетических частиц, производимых Солнцем. Существует различие между солнечными ветрами, обычно излучаемыми солнцем, которым требуется около суток, чтобы добраться до Земли, и этими событиями более высокой интенсивности, которые поражают нас в течение 10 минут. Помимо производства потенциально смертельного количества радиации для астронавтов, SPE иногда может быть крайне непредсказуемым, что затрудняет разработку и защиту ученых и инженеров НАСА против них.

НАСА проверяет космическое излучение так, как работодатели определяют приемлемые риски для своих сотрудников - они не будут подвергать астронавтов профессиональному риску развития рака выше определенного порога. Чтобы развить эту оценку, НАСА рассматривает множество различных факторов: от того, куда пойдет команда, на каком расстоянии от Солнца они будут находиться, как будет выглядеть солнечный цикл в течение этого времени, на какой корабль и какую защиту он будет выполнять ». работает с Команда биологов изучает, какие физиологические эффекты могут быть в любой конкретной поездке, и использует компьютерные модели для оценки профессиональных рисков.

Для НАСА приемлемый риск означает трехлетний избыточный риск заболевания раком в течение жизни.

Но снижение риска рака не единственная проблема. Самая распространенная проблема - это тошнота - не так уж плохо, если вы находитесь в космическом корабле с мешками барфа рядом, но довольно опасно, если вы выходите на космическую прогулку, и все, что у вас есть, - это скафандр, чтобы поймать вашу рвоту. Иммунная система может также пострадать в течение нескольких дней или недель, и заражение инфекцией там, где она есть, - не буэно.

Прямо сейчас, самая большая вещь, которую мы имеем для защиты космонавтов от космической радиации - особенно GCR - это защита материала. Это работает довольно хорошо, но мы не знаем, насколько толстой должна быть защита на корабле, связанном с Марсом. Слишком толстый, и вывести корабль из космоса непозволительно, не говоря уже о стратосфере. Слишком худой, и экипаж страдает. Фактически, тонкие экраны могут фактически привести к увеличению количества вторичного излучения. Вот почему алюминий был предпочтительным материалом - он достаточно прочный, чтобы разбивать частицы космических лучей, но достаточно легкий, чтобы космические корабли могли эффективно путешествовать.

Но НАСА отправило астронавтов на Луну и обратно - через пояса Ван Аллена, не меньше - и никто не погиб. Разве это не значит, что мы уже выяснили весь космический луч?

Не совсем. Воздействие космического излучения зависит от облучения - чем дольше вы находитесь в космосе, тем больше вы подвергаетесь риску. Миссии Аполлона заняли около трех дней, чтобы добраться до Луны. Экипаж для Аполлон 11 вернулся домой через восемь дней после старта. Сроки выполнения миссий на Марсе в масштабе лет, «Существует два разных класса миссий на Марс», - говорит Грегори Нельсон, исследователь из Университета Лома Линда, который специализируется на физиологических эффектах космического излучения. «Один из них доберется туда быстрее, чтобы вы могли дольше оставаться на поверхности Марса. Я думаю, что это 500 дней, и вы вернетесь быстро. По другой версии, вы пропали около 900 дней ». Нельсон говорит, что экипаж, отправляющийся на Марс, вероятно, подвергнется воздействию одной серой радиации - более чем в 277 раз больше дозы радиационного облучения на Земле в обычном году.

Риск развития рака или воздействия смертельного количества радиации возрастает экспоненциально в этот период времени. Простое алюминиевое экранирование не поможет. Однако есть некоторые новые технологии, которые ученые изучают и тестируют, которые могут оказаться полезными.

Одним из них является концепция под названием «активное экранирование», в которой вы создаете искусственное магнитное поле с помощью сверхпроводящих магнитов. К сожалению, как говорит Нельсон, эти технологии требовали слишком много энергии. «Чтобы заставить его работать, вам придется лететь на другом тяжелом космическом корабле и блоке питания», - говорит он. Есть ученые, изучающие создание небольших полей для защиты людей или наземных транспортных средств. Но, по словам Нельсона, активное экранирование «недоказано».

«Проблема, - говорит он, - в том, что частицы движутся во всех направлениях одновременно, поэтому не достаточно просто протянуть руку и заблокировать вид на солнце».

Другая идея заключается в том, чтобы на самом деле вмешиваться на самом биологическом уровне. Идея, которая в настоящее время изучается и испытывается, заключается в использовании антиоксидантов в больших концентрациях, которые можно вводить после сильного солнечного события. Нельсон цитирует исследования по использованию соединений витамина Е или питательных веществ, которые содержатся в чернике, клубнике или красном вине. Дорит Доновьель, заместитель главного научного сотрудника Национального института космических биомедицинских исследований, работает над чем-то похожим, выявляя потенциальные соединения, которые могут предотвратить местное образование опухоли из-за специфических радиационных событий, посредством клинических испытаний на поздних стадиях рака у пациентов.

К сожалению, большинство из этих исследований основаны на мышиной модели или людях, которые не представляют здорового, подтянутого телосложения, которое определяет почти все астронавты. В целом, Нельсон считает, что эти методы пока неэффективны из-за большого количества заряженных частиц, обнаруженных в космическом излучении. Это усугубляется тем фактом, что биологические вмешательства могут привести к ужасным побочным эффектам - и вы не хотите, чтобы астронавты еженедельно вводили что-то ужасное в их тела.

И Нельсон, и Доновил повторяют, что в настоящее время НАСА не может отправлять людей на Марс и все еще уверенно придерживается трехпроцентного риска развития рака в дальнейшей жизни. Это, конечно, не означает, что исследования прекратятся, но если агентство намерено положить сапоги на красную планету к концу 2030-х годов, у них будет гораздо больше работы, чтобы решить загадку космического излучения.