Изображение предоставлено NASA
У НАСА есть загадка, которую нужно решить: люди могут отправиться на Марс или нет?
«Это вопрос радиации», - говорит Фрэнк Кучинотта из проекта НАСА по космическому радиационному здоровью в Космическом центре Джонсона. «Мы знаем, сколько радиации ждет нас между Землей и Марсом, но мы не уверены, как человеческое тело будет реагировать на это».
Астронавты НАСА находились в космосе в течение 45 лет. Однако, за исключением нескольких быстрых поездок на Луну, они никогда не проводили много времени вдали от Земли. Глубокое пространство заполнено протонами от солнечных вспышек, гамма-лучами от новорожденных черных дыр и космическими лучами от взрывающихся звезд. Долгое путешествие на Марс без большой планеты, которая могла бы блокировать или отклонять это излучение, станет новым приключением.
НАСА взвешивает радиационную опасность в единицах риска рака. Здоровый 40-летний американский мужчина, не курящий, имеет (колоссальный) 20% шанс умереть от рака. Это если он останется на Земле. Если он путешествует на Марс, риск возрастает.
Вопрос в том, сколько?
«Мы не уверены, - говорит Кучинотта. Согласно исследованию, проведенному в 2001 году среди людей, подвергшихся воздействию больших доз радиации, например, выживших в атомной бомбе в Хиросиме и, по иронии судьбы, больных раком, которые прошли лучевую терапию, дополнительный риск 1000-дневной миссии на Марс составляет где-то от 1% до 19%. , «Наиболее вероятный ответ - 3,4%, - говорит Кучинотта, - но погрешности очень широки».
У женщин шансы еще хуже, добавляет он. «Из-за груди и яичников риск для женщин-космонавтов почти вдвое превышает риск для мужчин».
Исследователи, которые проводили исследование, предполагали, что корабль Марс будет построен «в основном из алюминия, как старый командный модуль Аполлона», говорит Кучинотта. Кожа космического корабля будет поглощать около половины радиации, попавшей на него.
«Если дополнительный риск составляет всего несколько процентов? мы в порядке. Мы могли бы построить космический корабль из алюминия и направиться к Марсу ». (Алюминий - любимый материал для строительства космических кораблей, потому что он легкий, прочный и знакомый инженерам за долгие десятилетия использования в аэрокосмической промышленности.)
«Но если это 19%? наш 40-летний астронавт столкнется с вероятностью 20% + 19% = 39% заболеть смертельным раком после его возвращения на Землю. Это не приемлемо.
По словам Кучинотты, значительная доля ошибок велика. Космическое излучение представляет собой уникальную смесь гамма-лучей, высокоэнергетических протонов и космических лучей. Взрывы атомной бомбы и лечение рака, основа многих исследований, не могут заменить «настоящую вещь».
Самая большая угроза для астронавтов на пути к Марсу - это галактические космические лучи, или сокращенно «ГКЛ». Это частицы, ускоренные почти до скорости света от взрывов далеких сверхновых. Наиболее опасными GCR являются тяжелые ионизированные ядра, такие как Fe + 26. «Они гораздо более энергичны (миллионы МэВ), чем обычные протоны, ускоряемые солнечными вспышками (десятки до сотен МэВ)», - отмечает Кучинотта. ГКЛ проникают сквозь кожу космических кораблей и людей, как крошечные пушечные ядра, ломая нити молекул ДНК, повреждая гены и убивая клетки.
Астронавты редко испытывали полную дозу этих GCR дальнего космоса. Рассмотрим Международную космическую станцию (МКС): она вращается вокруг Земли всего на 400 км. Тело нашей планеты, вырисовывающееся на большой высоте, перехватывает около трети GCR, прежде чем они достигнут МКС. Другая треть отклоняется магнитным полем Земли. Космические челноки астронавтов наслаждаются аналогичными сокращениями.
Астронавты Аполлона, путешествующие на Луну, поглощали более высокие дозы - примерно в 3 раза больше уровня МКС - но только в течение нескольких дней во время круиза Земля-Луна. GCR, возможно, повредили глаза, отмечает Кучинотта. По пути на Луну экипажи «Аполлона» сообщили, что видели вспышки космических лучей в своих сетчатках, и теперь, спустя много лет, у некоторых из них развилась катаракта. Иначе, похоже, они не сильно пострадали. «Несколько дней там, вероятно, безопасно», - заключает Кучинотта.
Но астронавты, путешествующие на Марс, будут «там» в течение года или больше. «Мы еще не можем точно оценить, что космические лучи сделают с нами, когда мы будем так долго подвергаться воздействию», - говорит он.
Обнаружение - миссия новой Лаборатории космической радиации НАСА (NSRL), расположенной в Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США в Нью-Йорке. Он открылся в октябре 2003 года. «В NSRL у нас есть ускорители частиц, которые могут моделировать космические лучи», - объясняет Кучинотта. Исследователи подвергают клетки и ткани млекопитающих воздействию пучков частиц, а затем тщательно изучают повреждения. «Цель состоит в том, чтобы снизить неопределенность в наших оценках риска до нескольких процентов к 2015 году».
Как только риски известны, НАСА может решить, какой космический корабль построить. Возможно, что обычные строительные материалы, такие как алюминий, достаточно хороши. Если нет, «мы уже определили некоторые альтернативы», говорит он.
Как насчет космического корабля из пластика?
«Пластмассы богаты водородом - элементом, который хорошо поглощает космические лучи», - объясняет Кучинотта. Например, полиэтилен, из которого сделаны мешки для мусора, поглощает на 20% больше космических лучей, чем алюминий. Форма усиленного полиэтилена, разработанная в Центре космических полетов им. Маршалла, в 10 раз прочнее алюминия и легче. Это может стать предпочтительным материалом для строительства космического корабля, если его можно будет сделать достаточно дешево. «Даже если мы не построим целый космический корабль из пластика, - отмечает Кучинотта, - мы все равно можем использовать его для защиты ключевых областей, таких как помещения экипажа». Действительно, это уже сделано на борту МКС.
Если пластик недостаточно хорош, то может потребоваться чистый водород. Фунт за фунт, жидкий водород блокирует космические лучи в 2,5 раза лучше, чем алюминий. Некоторые передовые конструкции космических аппаратов требуют больших резервуаров с жидким водородным топливом, поэтому «мы могли бы защитить команду от радиации, обернув топливный бак вокруг их жилого пространства», - полагает Кучинотта.
Могут ли люди отправиться на Марс? Кучинотта верит в это. Но сначала, «мы должны выяснить, сколько радиации может выдержать наше тело и какой космический корабль нам нужно построить». В лабораториях по всей стране работа уже началась.
Первоначальный источник: NASA Science Story
