I ett berömt Einsteinian tankeexperiment som kallas tvillingparadoxen skulle en tvilling som gick in på en virvlande flygning genom rymden åldras långsammare jämfört med tvillingen som var hemma på jorden, ett resultat av tidsutvidgning när man reser nära ljushastigheten.
Men forskare som studerar NASA: s tvillingastronauter i ett verkligt scenario fann något motsatt: Astronaut Scott Kelly kan ha åldrats lite snabbare till följd av sin årliga stint på den internationella rymdstationen (ISS) jämfört med hans jordbundna bror, Mark.
Tänk på att Albert Einsteins fysiska teorier är säkra; Scott Kelly reste inte ens nära ljushastigheten. Det handlar om den biologiska verkligheten att livet i omloppsbana - med faror som strålning, mikrogravitet, dålig sömn och trånga förhållanden - kan ta sin vägtull på kroppen, påskynda åldringsprocessen och eventuellt höja risken för cancer.
Lyckligtvis för Scott Kelly och alla andra modiga själar som vågar sig ut i rymden verkar dessa sjuka effekter inte vara extrema och kroppen verkar kunna mestadels återhämta sig, enligt den grundligaste analysen av NASA Twins Study, publicerad idag (april 11) i tidskriften Science.
NASA-tvillingstudien
Möjligheten att studera de enda kända identiska tvillingarna, än mindre syskon, som båda har reste till rymden var för stor för att NASA skulle gå upp. Mark flög på fyra NASA-rymdsuppdrag, var och en varar under två veckor, och gick i pension 2011.
Scott flög också på fyra NASA-rymdsuppdrag, och de tre första var korta. För det fjärde uppdraget skickade dock NASA Scott till ISS under 342 dagar 2015. Målet var att studera hälsoeffekterna av en lång rymdflyg, liknande i längd som de nio månaderna det skulle ta för att resa till Mars. Med Scott och Mark fann NASA det perfekta test- och kontrollpersonen, eftersom bröderna delar samma DNA.
Tvillingarna övervakades före, under och efter den nästan årslånga flygningen. Studien som publiceras idag representerar 10 separata undersökningar - från topp till botten, det vill säga från hjärnkognition och synhälsa ner till förändringar i tarmbakterier - utförda av universitetsbaserade biomedicinska forskare som i stort sett inte är knutna till NASA.
Det viktigaste fyndet var att Scott mestadels återhämtade sig från sitt rymdår efter ett helt år tillbaka på jorden. Men som sagt, det fanns några nyfikna observationer.
Telomerer och strålning
Medan han är i omloppsbana ökade faktiskt Lottas telomerer - som är molekylhölje i slutet av varje kromosom - ett tecken på omvänd åldrande. Telomerlängden minskar vanligtvis när vi åldras. Detta var den första övertygande observationen av telomerförlängning, på jorden eller i rymden, enligt Susan Bailey, professor i strålcancerbiologi och onkologi vid Colorado State University och en av de ledande utredarna i studien.
Men Scott förlorade sina vinster i längd när han återvände till jorden och kan faktiskt ha varaktig skada på hans telomerer, sade Bailey. (Det är oklart vad som gjorde att Scott's telomerer förlängdes i rymden.)
"Scotts genomsnittliga telomerlängd efter flygningen stabiliserades till nära hans preflightnivåer," berättade Bailey till Live Science. "Men han hade många fler korta telomerer efter flyget än tidigare. Och det är där jag tror att den långsiktiga hälsokonsekvensen är - eventuellt med ökad risk för snabbare åldrande eller tillhörande åldersrelaterade patologier som hjärt-kärlsjukdom och vissa cancer."
Dessutom, åtminstone upp till ett år efter sin flygning, hade Scott kvarvarande förändringar i sitt immun- och DNA-reparationssystem jämfört med preflight.
"Vi vet ännu inte om det är bra eller dåligt, men vi kan säga att det verkar som att anpassningen till jordens förhållanden tar lite tid," sade Christopher Mason, docent i fysiologi och biofysik vid Weill Cornell Medicine i New York, också en ledande utredare för studien.
Mason berättade för Live Science att det också är okänt om Scott har en ökad risk för cancer på lång sikt som ett resultat av hans exponering för kosmisk och solstrålning ombord på ISS. Både Mark och Scott diagnostiserades och behandlades framgångsrikt för prostatacancer 2007, ett nick till deras genetiska likhet. Scott har emellertid beskrivit det potentiella hotet mot cancer från rymdstrålning som en tidsbomb som tickar inuti honom.
Rymdresa och hälsa med lång varaktighet
Trots att en provstorlek bara är en, eller kanske två, har NASA-tvillingarstudien breda konsekvenser för att förstå hälsoriskerna vid långvarig rymdresa, säger Markus Löbrich, professor i strålningsbiologi och DNA-reparation vid Darmstadt University of Technology i Tyskland. Löbrich var inte en del av studien men skrev en åtföljande perspektivbit som också publicerades i tidskriften Science.
Löbrich berättade för Live Science att dyrbart lite är känt om hälsoeffekterna av rymdresor, men NASA Twins Study har tagit de första stegen för att kvantifiera riskerna. Han sa att telomerförändringarna till exempel är potentiellt allvarliga och kan vara ett resultat av partikelstrålning. Strålningsdosen på ett Mars-uppdrag kan vara upp till fem gånger högre än på ett ISS-uppdrag, så NASA måste tänka på sätt att skydda astronauter som reser dit och tillbaka, sade han.
Men Robert Zubrin, en strålningsexpert och grundare och ordförande för Mars Society, berättade för Live Science att NASA Twins Study "stöder fallet att strålning inte är en showstopper för mänskliga Mars-uppdrag."
Zubrin, som inte var inblandad i studien, uppskattade att strålningsdosen från ett år på ISS, delvis skyddad från sol- och kosmisk strålning, skulle motsvara dosen från en sexmånaders resa till Mars, med den snabbaste hastigheten som nuvarande framdrivningsmetoder kan få oss dit. Så det faktum att Scott Kelly inte uppvisade någon omedelbar sjuk effekt från sin årliga vistelse på ISS, vilket är sant för andra människor som har haft jämförbar kumulativ strålningsexponering i rymden, vittnar bra för Mars-utforskningen, sade Zubrin.
Att komma till Mars snabbare skulle vara det bästa scenariot för att minimera hälsorisker. När vi reser i nära ljushastighet, som Einsteins tvilling, skulle vi anlända om några minuter. Utesluter ett sådant fantastiskt framdrivningsgenombrott måste vi lösa oss på sex till nio månader. Tack vare Scott och Mark Kelly är forskarna nu mer säkra på att resan, oavsett svår, sannolikt inte kommer att vara dödlig.
Följ Christopher Wanjek @wanjek för dagliga tweets om hälsa och vetenskap. Wanjek är författare till "Rymdfarare: Hur människor kommer att lösa månen, Mars och bortom," från Harvard University Press, våren 2020.
