Ruimtestraling stopt ons stilletjes om mensen naar Mars te sturen

Onaanzienlijke gevaren bedreigen menselijke astronauten die de verre ruimte ingaan. Sommige hiervan, zoals asteroïden, zijn overduidelijk en te vermijden met een fatsoenlijke LIDAR. Anderen zijn dat niet. Aan de top van de niet-zo veel lijst staat ruimtestraling, iets waar de NASA nu zo op is voorbereid om ontdekkingsreizigers te beschermen terwijl ze naar Mars worden overgebracht. De stralingsomgeving buiten de magnetosfeer is niet bevorderlijk voor het leven, wat betekent dat het verzenden van astronauten zonder bescherming gelijk staat aan het sturen naar hun ondergang.

Hoewel we astronauten nu ruim een ​​halve eeuw de ruimte in hebben gestuurd, zijn de overgrote meerderheid van deze missies beperkt gebleven tot het reizen in een lage baan om de aarde - tussen 99 en 1.200 mijl in hoogte. Het magnetisch veld van de aarde - dat duizenden kilometers de ruimte in reikt - beschermt de planeet tegen aanvallen van hoogenergetische zonnedeeltjes die meer dan één miljoen mijl per uur afleggen.

Er zijn drie grote bronnen van ruimtestraling en ze vormen allemaal een bepaald risico dat niet altijd kan worden verwacht of beschermd. De eerste is ingesloten straling. Sommige deeltjes worden niet afgebogen door het magnetische veld van de aarde. In plaats daarvan zitten ze vast in een van de twee grote magnetische ringen rond de aarde en verzamelen ze zich samen als onderdeel van de Van Allen-stralingsgordels. NASA heeft alleen te maken gehad met de Van Allen-riemen tijdens de Apollo-missies.

De tweede bron is galactische kosmische straling, of GCR, die van buiten het zonnestelsel afkomstig is. Deze geïoniseerde atomen reizen op basis van de snelheid van het licht, hoewel het magnetisch veld van de aarde ook in staat is om de planeet en voorwerpen in een lage baan om de aarde te beschermen tegen GCR.

De laatste bron is van zonnedeeltjesgebeurtenissen, die enorme injecties energetische deeltjes zijn die door de zon worden geproduceerd. Er is een onderscheid tussen de zonnewinden die normaal door de zon worden uitgezonden, die ongeveer een dag nodig hebben om naar de aarde te komen, en deze gebeurtenissen met een hogere intensiteit die ons binnen 10 minuten raken. Naast het produceren van een potentieel dodelijke hoeveelheid straling voor astronauten, kan SPE soms onvoorspelbaar zijn, waardoor het voor wetenschappers en ingenieurs van NASA moeilijk wordt om beschermende maatregelen tegen hen te ontwikkelen.

NASA onderzoekt ruimtestraling op de manier waarop werkgevers aanvaardbare risico's voor hun werknemers bepalen - ze zullen astronauten niet blootstellen aan een beroepsrisico op het ontwikkelen van kanker boven een bepaalde drempelwaarde. Om deze beoordeling te ontwikkelen, onderzoekt NASA een heleboel verschillende factoren, van waaruit een bemanning zal gaan, hoe ver van de zon ze zullen zijn, hoe de zonnecyclus eruit zal zien in die tijd naar welk soort schip en hoe ze worden afgeschermd. ' werken met. Een team van biologen onderzoekt wat de fysiologische effecten kunnen zijn op een bepaalde reis en gebruikt computermodellen om beroepsrisico-evaluaties uit te spugen.

Voor NASA betekent aanvaardbaar risico een kans van drie procent op overlijden gedurende de hele levensduur van kanker.

Maar het beperken van het kankerrisico is niet het enige probleem. Het meest voorkomende probleem is misselijkheid - niet zo erg als je in een ruimtevaartuig in de buurt bent, maar best gevaarlijk als je op een ruimtewandeling bent en je alleen een ruimtepak hebt om je braaksel op te vangen. Iemands immuunsysteem kan ook een paar dagen of weken toeslaan, en het vangen van een infectie daar in het holst van alles is geen reden.

Op dit moment is het grootste ding dat we hebben om astronauten te beschermen tegen ruimtestraling - in het bijzonder GCR - materiële afscherming. Dit werkt redelijk goed, maar we weten niet hoe dik de afscherming op een Mars-gebonden schip moet zijn. Te dik en het is te duur om het schip de ruimte in te krijgen, laat staan ​​in de stratosfeer. Te dun en de bemanning lijdt. Eigenlijk kunnen dunne schermen zelfs resulteren in een verhoogde hoeveelheid secundaire straling. Daarom is aluminium het materiaal bij uitstek geweest - het is robuust genoeg om deeltjes van kosmische straling uit elkaar te halen, maar licht genoeg voor ruimtevaartuigen om efficiënt mee te reizen.

Maar NASA heeft astronauten naar de maan en terug gestuurd - niet minder door de Van Allen-gordels - en niemand stierf. Betekent dit niet dat we het hele kosmische stralingsgedrag al hebben uitgezocht?

Niet helemaal. De effecten van ruimtestraling zijn afhankelijk van blootstelling - hoe langer u in de ruimte bent, hoe meer risico u loopt. De Apollo-missies hadden ongeveer drie dagen nodig om naar de maan te gaan. De bemanning voor Apollo 11 was acht dagen na de lancering weer thuis. Het tijdsbestek voor Mars-missies is op een schaal van jaar. "Er zijn twee verschillende klassen van Mars-missies", zegt Gregory Nelson, een onderzoeker aan de Loma Linda University die gespecialiseerd is in de fysiologische effecten van ruimtestraling. "Een van die gaat daar sneller naar toe, zodat je langer op het oppervlak van Mars kunt blijven. Ik denk dat dat 500 dagen is en je komt snel terug. In de andere versie ben je al zo'n 900 dagen weg. "Nelson zegt dat een bemanning die naar Mars gaat waarschijnlijk wordt blootgesteld aan ongeveer één grijs van straling - meer dan 277 keer de dosis van de normale stralingsblootstelling op aarde op het hele jaar.

De risico's van het ontwikkelen van kanker of blootstelling aan een dodelijke hoeveelheid straling stijgt exponentieel in die tijdspanne. Eenvoudige aluminiumafscherming snijdt het niet. Er zijn enkele opkomende technologieën die wetenschappers bestuderen en testen die echter nuttig kunnen zijn.

Een daarvan is een concept dat 'actieve afscherming' wordt genoemd, waarbij je een kunstmatig magnetisch veld creëert door middel van supergeleidende magneten. Helaas, zoals Nelson zegt, hadden die technologieën veel te veel macht nodig. "Je zou een heel ander zwaar ruimtevaartuig en stroomvoorziening moeten laten vliegen om het te laten werken," zegt hij. Er zijn wetenschappers die kleinere velden willen genereren om individuen of voertuigen op de grond te beschermen. Maar volgens Nelson is actieve afscherming 'onbewezen'.

"Het probleem," zegt hij, "is dat de deeltjes tegelijkertijd in alle richtingen komen, dus het is niet alsof je je hand eruit steekt en het blokkeren van je zicht op de zon genoeg zal zijn."

Een ander idee is om daadwerkelijk in te grijpen op het biologische niveau zelf. Een idee dat momenteel wordt bestudeerd en getest, is het gebruik van antioxidanten in grote concentraties die kunnen worden toegediend na een slechte zonne-gebeurtenis. Nelson citeert studies naar het gebruik van vitamine E-verbindingen of voedingsstoffen die worden aangetroffen in bosbessen, aardbeien of rode wijn. Dorit Donoviel, adjunct-hoofdwetenschapper bij het National Space Biomedical Research Institute, werkt aan iets soortgelijks door potentiële verbindingen te identificeren die lokale tumorvorming kunnen voorkomen als gevolg van specifieke stralingsgebeurtenissen, door middel van klinische onderzoeken bij kankerpatiënten in een laat stadium.

Helaas vertrouwen de meeste van deze studies op muismodellen of mensen die niet de gezonde, fit lichaamsbouw vertegenwoordigen die bijna alle astronauten definieert. Over het algemeen denkt Nelson dat deze methoden tot nu toe inefficiënt zijn vanwege de grote hoeveelheden geladen deeltjes in kosmische straling. Dit wordt verergerd door het feit dat biologische interventies vreselijke bijwerkingen kunnen veroorzaken - en u wilt voorkomen dat astronauten elke week iets gruwelijks in hun lichaam moeten injecteren.

Zowel Nelson als Donoviel herhalen dat NASA op dit moment mensen niet naar Mars kan sturen en toch vol vertrouwen vasthoudt aan een risico van drie procent om later in het leven kanker te krijgen. Dat betekent zeker niet dat het onderzoek zal stoppen - maar als het agentschap tegen het einde van de jaren twintig van de twintigste eeuw van plan is laarzen op de rode planeet te zetten, moet er nog veel meer werk worden verzet om de ruimtestralingspuzzel op te lossen.