Sepasukan penyelidik dari Pusat Perubatan Universiti Rochester (URMC) di New York telah mengumumkan hasil penyelidikan mereka. Angkasawan jangka panjang di angkasa, misalnya, semasa penerbangan ke Marikh, boleh menyebabkan masalah kesihatan akibat radiasi galaksi. Khususnya, untuk degenerasi otak, dan mungkin juga permulaan penyakit Alzheimer.
Sebelumnya, pada tahun 2012, kesimpulan serupa dilaporkan oleh saintis Rusia. Seperti yang ditulis oleh Natalia Teryaeva di surat kabar Ploshchad Mira, jika anda terbang dalam ekspedisi Mars dengan kapal angkasa moden, penerbangan akan memakan masa sekurang-kurangnya 500 hari. Selama tempoh misi angkasa ini, kesihatan para angkasawan dapat hilang secara tidak teratur.
Ini dibuktikan dengan hasil kajian oleh ahli radiobiologi dan ahli fisiologi Rusia, yang dibincangkan di Institut Penyelidikan Nuklear Bersama (JINR) pada pertemuan lawatan Biro Jabatan Fisiologi dan Perubatan Asas Akademi Sains Rusia.
Para saintis melihat bahaya terbesar dalam radiasi galaksi: ia dapat menghilangkan pandangan dan akal seseorang, tanpanya tidak mungkin mencapai sasaran atau pulang ke rumah.
Kenyataan penyelidik mengenai bahaya ion berat bagi organisma angkasawan tidak spekulatif, berdasarkan data eksperimen pemecut dengan haiwan yang dilakukan di Makmal Biologi Sinaran Institut Bersama Penyelidikan Nuklear (LRB JINR) bekerjasama dengan Institut Masalah Bioperubatan Akademi Sains Rusia (IMPB RAS), Institut Biokimia RAS (IBCh RAS) dan bekerjasama dengan ahli biologi dari American National Space Agency (NASA).
Ion berat lebih menakutkan daripada proton
Di ruang dalam - di luar medan magnet Bumi - sinaran kosmik berbahaya yang berasal dari kedalaman galaksi terletak menunggu manusia.
Video promosi:
"Sinar kosmik galaksi adalah aliran zarah unsur - ion ringan dan berat," jelas Mikhail Panasyuk, pengarah Institut Penyelidikan Skobeltsyn Fizik Nuklear (SINP MSU). - Atom sinar kosmik tanpa cengkerang elektronik, sebenarnya, inti "telanjang" Sebabnya ialah interaksi dengan jirim dalam proses pemindahan mereka di Alam Semesta. Unsur sinar kosmik yang paling biasa adalah hidrogen, dan ionnya adalah proton. Zarah-zarah ini dipercepat oleh gelombang kejutan - sisa-sisa letupan supernova. Bintang-bintang seperti itu meletup di Galaxy kita tidak lebih kerap daripada sekali setiap 30 - 50 tahun.
Fluks zarah sinar kosmik galaksi adalah tetap, tidak seperti sinar kosmik suria, yang dihasilkan di Matahari atau di medium antara planet semasa suar suria. Oleh kerana itu, jumlah sumbangan sinar kosmik suria dalam jangka masa yang panjang tidak signifikan. Tetapi semasa suar suria (selama beberapa jam, hari) fluks sinar kosmik suria dapat melebihi aliran sinaran kosmik galaksi. Sebagai tambahan, tenaga zarah sinar kosmik suria, sebagai peraturan, lebih sedikit daripada zarah sinar kosmik galaksi. Terdapat juga sinar kosmik extragalactic yang memasuki Galaksi kita dari galaksi lain. Tenaga mereka lebih besar daripada sinaran kosmik galaksi, tetapi fluksnya jauh lebih sedikit. Sinar kosmik mempunyai julat tenaga yang besar: dari 106 (1 MeV) hingga 1021 eV (1 ZeV)."
Spektrometer jisim tenaga yang dipasang pada satelit penyelidikan angkasa merakam komposisi sinar kosmik. Ternyata sedikit daripada satu peratus daripada semua zarah sinaran galaksi adalah ion berat dengan tenaga 300 - 500 MeV / nukleon - inti unsur kimia berat. Pecahan ion ringan dan berat sinaran galaksi mengandungi sebahagian besar ion karbon, oksigen dan besi - dari unsur-unsur stabil ini, teras bintang terbentuk sebagai hasil evolusi bintang.
Hasil pengukuran satelit ruang berfungsi sebagai asas untuk pengiraan model lebih lanjut, yang menunjukkan bahawa di luar magnetosfera Bumi, kira-kira 105 ion berat jatuh per sentimeter persegi setiap tahun, dan sekitar 160 zarah sehari dengan muatan Z lebih besar daripada 20. Ini bermakna bahawa semasa penerbangan ke Marikh di setiap hari sebilangan besar daripadanya akan jatuh per sentimeter persegi permukaan badan kosmonot.
Ion berat kosmik sangat bertenaga sehingga mereka "menembus" kulit kapal angkasa moden di ruang terbuka, seperti bola meriam yang membombardir sutera halus. Para saintis Makmal Biologi Sinaran JINR telah mengetahui bagaimana ini boleh membahayakan kesihatan para utusan Bumi dalam perjalanan jauh.
Ke Marikh - dengan sentuhan?
"Kami berjaya mengetahui mengapa dos yang sama dengan radiasi yang berbeza (fluks ion berat, neutron, radiasi gamma) menyebabkan kesan yang berbeza pada sel hidup," kata Evgeny Krasavin, Pengarah LRB JINR, Anggota yang Berkaitan RAS. - Ternyata perbezaan keberkesanan tindakan sinaran yang berbeza dikaitkan dengan ciri fizikal radiasi dan sifat biologi sel hidup itu sendiri - kemampuannya untuk memperbaiki kerosakan DNA setelah penyinaran. Dalam eksperimen dengan pemecut ion berat, kami mendapati bahawa kerosakan DNA yang paling teruk berlaku di bawah pengaruh ion berat. Perbezaan antara kesan sinar-X (sinar foton) dan sinar ion berat dapat dibayangkan seperti ini: untuk menembak tembakan kecil dari pistol ke dinding adalah bahaya dari sinar-X,untuk menembak bola meriam di dinding yang sama adalah kehancuran dari satu ion berat. Zarah-zarah berat, yang mempunyai jisim yang besar, kehilangan lebih banyak tenaga mereka setiap unit jarak perjalanan daripada rakan-rakan mereka yang lebih ringan. Itulah sebabnya, melalui sel, ion berat dalam perjalanan menghasilkan kehancuran besar. Apabila zarah berat melewati nukleus sel, lesi "jenis kluster" terbentuk dengan banyak pecahan ikatan kimia dalam serpihan DNA. Mereka menyebabkan pelbagai jenis kerosakan kromosom yang teruk pada inti sel. "Apabila zarah berat melintasi nukleus sel, lesi "jenis kluster" terbentuk dengan banyak pecahan ikatan kimia dalam serpihan DNA. Mereka menyebabkan pelbagai jenis kerosakan kromosom yang teruk pada inti sel. "Apabila zarah berat melewati nukleus sel, lesi "jenis kluster" terbentuk dengan beberapa pecahan ikatan kimia dalam serpihan DNA. Mereka menyebabkan pelbagai jenis kerosakan kromosom yang teruk pada inti sel."
Selanjutnya, logik penalaran para saintis adalah sebagai berikut. Ion hidrogen (proton) dengan tenaga 200-300 MeV / nukleon mempunyai masa untuk menjalankan jalan sepanjang 11 cm di dalam air sebelum perlambatan lengkap. Tubuh manusia adalah 90% air. Mengekstrapolasi hasil ini ke tubuh manusia yang hidup, kita dapat membuat kesimpulan: walaupun ion cahaya dalam perjalanannya dapat merosakkan ribuan sel di dalam tubuh kita. Sekiranya ion berat dengan muatan lebih dari 20, hasil yang lebih menyedihkan bagi kesihatan harus diharapkan.
Organ manusia apa yang boleh rosak oleh ion galaksi yang paling teruk dan mengancam nyawa?
- Sekiranya anda berfikir untuk berkembang biak secara aktif - cepat diperbaharui - tisu badan, seperti darah atau kulit, maka kerosakannya disebabkan oleh sifat semula jadi akan cepat sembuh, - jelas pengarah LRB JINR Yevgeny Krasavin. - Tetapi pada tisu statik - sistem saraf pusat, mata, yang tidak mempunyai kemampuan semula jadi untuk memperbaiki kerosakan dengan cepat, aliran ion berat yang berterusan akan memberi kesan berbahaya pada lapisan, menyebabkan kematian sel secara berkala. Tetapi sistem saraf pusat dan mata adalah "cip" kawalan badan kita.
Dalam eksperimen pada haiwan di Dubna, sekumpulan ahli radiobiologi yang diketuai oleh Ahli Akademi Akademi Sains Rusia Mikhail Ostrovsky mengkaji mekanisme kesan ion berat pada struktur mata - lensa, retina, dan kornea. Pada pemecut JINR, tikus dan larutan kristal (protein) lensa mereka disinari dengan sinar proton 100-200 MeV.
"Lensa mata manusia dan vertebrata 90% terdiri daripada kristal alpha-, beta- dan gamma," kata Akademisi Ostrovsky dalam laporannya pada pertemuan lawatan Biro Jabatan Matematik Fizikal dan Mekanik Akademi Sains Rusia. - Kandungan protein ini dalam lensa hampir sama, tetapi struktur dan berat molekulnya berbeza dengan ketara Pendedahan kepada sinaran ultraviolet atau radiasi boleh menyebabkan pengumpulan kristal - penampilan serat legap di lensa. Sebagai hasil agregasi, konglomerat penyebaran cahaya yang besar terbentuk, yang menyebabkan pengaburan lensa, iaitu, pengembangan katarak. Melewati lensa mata, bahkan ion berat tunggal setelah beberapa saat boleh menyebabkannya menjadi keruh.
Kembali ke Bumi sebagai Homo sapiens
Paling kurang dari semua ahli radiobiologi telah mengkaji kesan kerosakan ion berat pada sistem saraf pusat. Menurut pakar NASA, semasa misi Mars, 2 hingga 13 peratus sel saraf akan dilintasi oleh sekurang-kurangnya satu ion besi. Dan satu proton akan terbang melalui inti setiap sel badan setiap tiga hari. Oleh itu, terdapat bahaya serius dari pelanggaran reaksi tingkah laku anak kapal. Ini membahayakan keseluruhan misi. Otak adalah alat yang sangat halus, dan gangguan pada bahagian kecilnya dapat menyebabkan hilangnya fungsi seluruh tubuh, seperti halnya pada orang yang mengalami stroke atau pada mereka yang menderita penyakit Alzheimer.
Di Makmal Radiasi Angkasa NASA di Brookhaven, menggunakan sebatang ion besi yang dipercepat menjadi tenaga 1 GeV / nukleon, sinaran galaksi disimulasikan pada pra-akselerator ion berat dari collider RHIC di Makmal Nasional Brookhaven. Eksperimen tikus disebut "ujian kognitif". Kawasan pepejal kecil diletakkan di kolam bulat di bawah lapisan nipis air legap. Tikus makmal, yang pertama sihat dan kemudian disinari dengan pancaran ion besi, dilancarkan ke kolam ini dan memantau seberapa cepat haiwan dapat menemukan kawasan ini dan naik ke atasnya. Tikus yang sihat dengan cepat menemui laman web ini dan berjalan ke arahnya di sepanjang jalan terpendek. Penyinaran dengan ion berat mengubah fungsi kognitif (kemampuan belajar) haiwan secara dramatik. Sebulan selepas penyinaran, tingkah laku tikus berubah secara mendadak. Dia melingkaruntuk sekian lama dia mengelilingi kolam, sehingga dia hampir tidak sengaja dapat merasakan tanah yang kukuh di bawah kakinya. Kemampuan berfikir haiwan itu terjejas teruk. Tidak ada kesan seperti itu yang diperhatikan ketika tikus disinari dengan sinar-X dan sinaran gamma.
Untuk mewakili kemungkinan akibat penyinaran tubuh manusia dengan ion berat, perlu "memainkan" model bahaya kosmik pada primata, para penyelidik percaya. Walaupun begitu, bahaya yang terdapat pada tikus akibat kesan sinaran galaksi dari ion berat cukup meyakinkan untuk tidak memikirkannya ketika merancang untuk menghantar orang dalam penerbangan panjang ke Mars.
Cara mengelakkan masalah
Dari apa yang diketahui oleh ahli fizik dan ahli biologi hari ini, risiko bahawa kerosakan radiasi pada angkasawan tidak dapat dikurangkan menjadi sifar selama lebih dari satu tahun perjalanan ke Marikh. Setakat ini, kaedah untuk mengurangkan risiko ini ada dalam bentuk idea.
Idea pertama: merancang penerbangan ke Mars semasa kitaran solar maksimum. Pada masa ini, aliran sinar kosmik galaksi kurang kerana hakikat bahawa medan magnet antara planet sistem suria akan membengkokkan lintasan sinar kosmik galaksi, berusaha mengurangkan intensiti zarah mereka dan "menyapu" zarah dengan tenaga kurang dari 400 MeV / nukleon dari sistem suria.
Idea kedua adalah dengan mengurangkan dos radiasi dari sinaran galaksi dengan bantuan perlindungan kapal yang boleh dipercayai dan memberikan struktur kapal perlindungan khas di dalam kapal dengan perlindungan yang lebih kuat dari aliran angin suria yang tidak dapat diramalkan. Jenis bahan pelindung baru sedang dikembangkan yang akan menjadi lebih efektif daripada aluminium yang digunakan sekarang, misalnya plastik yang mengandung hidrogen seperti polietilena. Dengan pertolongan mereka, mungkin untuk membuat perlindungan yang mampu mengurangkan dos radiasi sebanyak 30 - 35% pada ketebalan 7 cm. Benar, ini tidak mencukupi, kata para saintis, ketebalan lapisan pelindung mesti ditingkatkan. Dan jika ia tidak berfungsi, kurangkan jangka masa penerbangan dengan ketara - katakanlah, sekurang-kurangnya hingga 100 hari. Seratus hari adalah angka sejauh ini hanya dibenarkan secara intuitif. Bagaimanapun, anda perlu terbang lebih cepat.
Idea ketiga: untuk membekalkan juruterbang kapal angkasa Mars dengan ubat-ubatan anti-radiasi yang berkesan yang dapat memperkuat ikatan antara protein DNA dengan ketara, mengurangkan kerentanan mereka terhadap pengeboman ion berat.
Idea keempat: untuk membuat medan magnet buatan di sekitar kapal angkasa, serupa dengan medan magnet bumi. Terdapat projek magnet toroidal superkonduktor, di dalam dan di luar yang medan mendekati sifar, agar tidak merosakkan kesihatan angkasawan. Medan magnet yang kuat harus mengalihkan sebahagian besar proton dan inti kosmik dari kapal angkasa, dan mengurangkan dos radiasi sebanyak 3 - 4 kali semasa ekspedisi ke Marikh. Prototaip magnet seperti itu telah dibuat dan akan digunakan dalam eksperimen untuk mengkaji sinar kosmik di Stesen Angkasa Antarabangsa.
Namun, sehingga idea melindungi kru Martian tidak menemukan perwujudannya, hanya ada satu jalan keluar, ahli radiobiologi berpendapat: untuk melakukan kajian radiobiologi terperinci dalam keadaan terestrial pada pemecut ion berat, yang, dalam keadaan terestrial, akan memungkinkan mensimulasikan kesan merosakkan nukleus berat bertenaga tinggi yang berasal dari kedalaman galaksi. Antara pemecut unik tersebut ialah Nuclotron dari Makmal Fizik Tenaga Tinggi JINR dan kompleks collider NICA yang dibuat berdasarkannya. Para saintis menaruh harapan besar pada kemampuan pemasangan ini.
Dan jika kita tergesa-gesa untuk terbang ke Marikh, maka inilah masanya untuk membina kapal angkasa yang lebih cepat, atau meninggalkan impian penerbangan berawak di ruang dalam buat masa ini. Biarkan robot bergerak buat masa ini.
