Bildkredit: NASA
NASA har ett mysterium att lösa: Kan människor åka till Mars, eller inte?
"Det är en fråga om strålning," säger Frank Cucinotta från NASA: s Space Radiation Health Project vid Johnson Space Center. "Vi vet hur mycket strålning som finns där ute och väntar på oss mellan Jorden och Mars, men vi är inte säkra på hur människokroppen kommer att reagera på den."
NASA-astronauter har varit i rymden, av och på, i 45 år. Förutom några snabba resor till månen har de dock aldrig tillbringat mycket långt från jorden. Djupt utrymme är fylld med protoner från solfällningar, gammastrålar från nyfödda svarta hål och kosmiska strålar från exploderande stjärnor. En lång resa till Mars, utan någon stor planet i närheten för att blockera eller avböja strålningen, kommer att bli ett nytt äventyr.
NASA väger strålningsrisk i enheter med cancerrisk. En frisk 40-årig icke-rökare amerikansk manlig har en (20) stor chans att så småningom dö av cancer. Det är om han stannar kvar på jorden. Om han reser till Mars ökar risken.
Frågan är hur mycket?
"Vi är inte säkra," säger Cucinotta. Enligt en studie från 2001 av personer som utsätts för stora strålningsdoser - till exempel Hiroshima atombomberöverlevande och ironiskt nog cancerpatienter som har genomgått strålterapi - ligger den ökade risken för ett 1000-dagars Mars-uppdrag någonstans mellan 1% och 19% . "Det mest troliga svaret är 3,4%," säger Cucinotta, "men felstegen är breda."
Oddsen är ännu sämre för kvinnor, tillägger han. "På grund av bröst och äggstockar är risken för kvinnliga astronauter nästan dubbelt så stor som risken för män."
Forskare som gjorde studien antog att Mars-fartyget skulle byggas "mestadels av aluminium, som en gammal Apollo-kommandomodul," säger Cucinotta. Rymdskeppets hud skulle absorbera ungefär hälften av strålningen som träffar den.
”Om den extra risken bara är några få procent? vi är okej. Vi kunde bygga ett rymdskepp med aluminium och huvudet för Mars. ” (Aluminium är ett favoritmaterial för rymdskepp, eftersom det är lätt, starkt och känt för ingenjörer från långa decennier i flygindustrin.)
”Men om det är 19%? vår 40-någons astronaut skulle möta 20% + 19% = 39% chans att utveckla livslängd cancer efter att han återvänder till jorden. Det är inte acceptabelt. "
Felstängerna är stora, säger Cucinotta, av goda skäl. Rymdstrålning är en unik blandning av gammastrålar, protoner med hög energi och kosmiska strålar. Atombombsprängningar och cancerbehandlingar, som ligger till grund för många studier, ersätter inte den "riktiga saken".
Det största hotet mot astronauter på väg till Mars är galaktiska kosmiska strålar - eller ”GCRs” för kort. Dessa är partiklar som accelereras till nästan ljushastighet genom avlägsna supernovaexplosioner. De farligaste GCR: erna tunga joniserade kärnor som Fe + 26. "De är mycket mer energiska (miljontals MeV) än typiska protoner som påskyndas med solfällningar (tiotals till hundratals MeV)", konstaterar Cucinotta. GCR-trummar genom rymdskeppens hud och människor gillar små kanonkulor, bryter DNA-molekylsträngarna, skadar gener och dödar celler.
Astronauter har sällan upplevt en full dos av dessa djupa utrymme GCR. Tänk på den internationella rymdstationen (ISS): den kretsar bara 400 km över jordens yta. Vår planets kropp, som blivit stor, fångar upp ungefär en tredjedel av GCR: erna innan de når ISS. En annan tredjedel avböjs av jordens magnetfält. Rymdfärjan astronauter har liknande minskningar.
Apollo-astronauter som reser till månen absorberade högre doser - ungefär 3 gånger ISS-nivån - men bara under några dagar under jorden-månkryssningen. GCR: er kan ha skadat deras ögon, konstaterar Cucinotta. På vägen till månen rapporterade Apollo-besättningarna att se kosmiska strålkastningar i näthinnorna, och nu många år senare har några av dem utvecklat grå starr. Annars verkar de inte ha lidit så mycket. "Några dagar" där ute "är förmodligen säkert," avslutar Cucinotta.
Men astronauter som reser till Mars kommer att vara "där ute" i ett år eller mer. "Vi kan ännu inte på ett tillförlitligt sätt uppskatta vad kosmiska strålar kommer att göra för oss när vi är utsatta så länge," säger han.
Att ta reda på det är uppdraget från NASA: s nya rymdstrålningslaboratorium (NSRL), beläget vid det amerikanska energidepartementets Brookhaven National Laboratory i New York. Det öppnade i oktober 2003. "På NSRL har vi partikelacceleratorer som kan simulera kosmiska strålar," förklarar Cucinotta. Forskare utsätter däggdjursceller och vävnader för partikelstrålarna och granskar sedan skadorna. "Målet är att minska osäkerheten i våra riskberäkningar till bara några procent till år 2015."
När riskerna är kända kan NASA bestämma vilken typ av rymdskepp som ska byggas. Det är möjligt att vanliga byggnadsmaterial som aluminium är tillräckligt bra. Om inte, "har vi redan identifierat några alternativ," säger han.
Vad sägs om ett rymdskepp tillverkat av plast?
"Plast är rik på väte - ett element som gör ett bra jobb att absorbera kosmiska strålar," förklarar Cucinotta. Exempelvis absorberar polyeten, samma material som skräppåsar är av, 20% mer kosmiska strålar än aluminium. En form av förstärkt polyeten som utvecklats vid Marshall Space Flight Center är tio gånger starkare än aluminium och också lättare. Detta kan bli ett valmaterial för rymdskepp, om det kan göras billigt nog. "Även om vi inte bygger hela rymdskeppet från plast", konstaterar Cucinotta, "kan vi fortfarande använda det för att skydda nyckelområden som besättningskvarter." Det är faktiskt redan gjort ombord på ISS.
Om plast inte är bra nog, kan rent väte krävas. Pund för pund, flytande väte blockerar kosmiska strålar som är 2,5 gånger bättre än aluminium gör. Vissa avancerade rymdfarkostkonstruktioner kräver stora tankar med flytande vätebränsle, så "vi kan skydda besättningen från strålning genom att linda bränsletanken runt deras bostadsyta," spekulerar Cucinotta.
Kan människor åka till Mars? Cucinotta tror det. Men först, "måste vi ta reda på hur mycket strålning våra kroppar kan hantera och vilken typ av rymdskepp vi behöver bygga." I laboratorier runt om i landet har arbetet redan påbörjats.
Originalkälla: NASA Science Story
