A New York-i Rochesteri Egyetem Orvosi Központjának (URMC) kutatócsoportja bejelentette kutatásaik eredményeit. A hosszú távú űrhajósok az űrben, például a Marsra repülés során egészségügyi problémákhoz vezethetnek a galaktikus sugárzás miatt. Különösen az agyi degenerációra, esetleg még az Alzheimer-kór kialakulására.
Korábban, 2012-ben hasonló következtetésekről számoltak be az orosz tudósok. Ahogy Natalia Terjajeva írja a Ploschad Mira című újságban, „ha modern űrhajóval repülsz egy marsi expedícióra, akkor a repülés legalább 500 napot vesz igénybe. Az űrmisszió ezen időszakában az űrhajósok egészsége helyrehozhatatlanul elveszhet.
Ezt bizonyítják az orosz radiobiológusok és fiziológusok tanulmányainak eredményei, amelyekről a Közös Nukleáris Kutatási Intézetben (JINR) tárgyaltak az Orosz Tudományos Akadémia Élettani és Fundamentális Orvostudományi Tanszékének irodájának látogatói ülésén.
A tudósok a galaktikus sugárzásban látják a legnagyobb veszélyt: ez megfoszthatja az embert a látástól és az értelemtől, amely nélkül nem lehet elérni a célt, vagy hazatérni.
A nehéz ionok űrhajós organizmusra gyakorolt veszélyével kapcsolatos kutatói nyilatkozatok nem spekulatívak, az állatokkal végzett gyorsító kísérletek adatain alapulnak, amelyeket az Orosz Tudományos Akadémia (IMPB RAS), az Orosz Tudományos Akadémia Biomedicinális Problémák Intézetével (IMPB RAS), az Biokémiai Intézettel együttműködve végeztek az állatokkal végzett gyorsító kísérletekkel. RAS (IBCh RAS) és az Amerikai Nemzeti Űrügynökség (NASA) biológusaival együttműködve.
A nehéz ionok félelmetesebbek, mint a protonok
A mély űrben - a Föld mágneses mezőjén túl - a galaxis mélyéből származó veszélyes kozmikus sugárzás várja az embert.
Promóciós videó:
"A galaktikus kozmikus sugarak elemi részecskék - könnyű és nehéz ionok - áramlása" - magyarázza Mihail Panaszjuk, a Skobeltsyn Nukleáris Fizikai Kutatóintézet (SINP MSU) igazgatója. - A kozmikus sugarak atomjai nélkülözik az elektronhéjat, sőt, "meztelen" magok. Ennek oka az anyaggal való kölcsönhatás az univerzumban való átvitelük során. A kozmikus sugarak leggyakoribb eleme a hidrogén, ionjai protonok. Ezeket a részecskéket lökéshullámok - a szupernóva-robbanások maradványai - gyorsítják fel. Ilyen csillagok a mi Galaktikánkban legfeljebb 30-50 évente egyszer robbannak fel.
A galaktikus kozmikus sugár részecskék fluxusa állandó, ellentétben a nap kozmikus sugárzásaival, amelyek a Napon vagy a bolygóközi közegben keletkeznek a napkitörések során. Emiatt a szoláris kozmikus sugarak teljes hosszú távú hozzájárulása jelentéktelen. De a napkitörések során (több órán át, napokon keresztül) a nap kozmikus sugarainak fluxusa meghaladhatja a galaktikus kozmikus sugarak fluxusát. Ezenkívül a kozmikus napsugarak részecskéinek energiája általában kisebb, mint a galaktikus kozmikus sugarak részecskéinek energiája. Extragalaktikus kozmikus sugarak is bejutnak a galaxisunkba más galaxisokból. Energiájuk nagyobb, mint a galaktikus kozmikus sugaraké, de a fluxusok sokkal kisebbek. A kozmikus sugarak hatalmas energia-tartományban vannak: 106-tól (1 MeV) 1021 eV-ig (1 ZeV)."
Az űrkutatási műholdakra telepített energia-tömegspektrométerek rögzítették a kozmikus sugarak összetételét. Kiderült, hogy a galaktikus sugárzás összes részecskéjének alig kevesebb, mint egy százaléka nehéz ion, 300 - 500 MeV / nukleon energiával - a nehéz kémiai elemek magjai. A galaktikus sugárzás könnyű és nehéz ionjainak frakciója tartalmazza a legtöbb szén, oxigén és vas ionját - ezen stabil elemek közül a csillagmagok a csillagok evolúciójának eredményeként keletkeznek.
Az űr műholdak mérési eredményei szolgáltak további modellszámítások alapjául, amelyek azt mutatták, hogy a Föld magnetoszféráján kívül évente mintegy 105 nehéz ion hull egy négyzetcentiméter területre, és körülbelül 160 részecske, amelynek Z töltése nagyobb, mint 20. Ez azt jelenti, hogy minden nap éppen ilyen sokan esnek le az űrhajós testfelületének négyzetcentiméterére.
Az űrnehéz ionok annyira energikusak, hogy "átlyukasztják" egy modern űrhajó bőrét a világűrben, akárcsak a finom selymet bombázó ágyúgolyók. A JINR sugárbiológiai laboratóriumának tudósai kiderítették, hogy ez hogyan károsíthatja a Föld hírvivőinek egészségét egy hosszú úton.
A Marsra - érintéssel?
"Sikerült kitalálnunk, hogy a különböző sugárzások azonos dózisa (nehéz ion fluxus, neutron, gamma sugárzás) miért okoz különböző hatást az élő sejtekre" - mondja Evgeny Krasavin, az LRB JINR igazgatója, a RAS levelező tagja. - Kiderült, hogy a különböző sugárzás hatásának hatékonyságában mutatkozó különbségek mind a sugárzás fizikai jellemzőivel, mind pedig maga az élő sejt biológiai tulajdonságaihoz kapcsolódnak - a besugárzás utáni DNS-károsodások helyrehozásának képességéhez. Nehéziongyorsítókkal végzett kísérletek során azt tapasztaltuk, hogy a legsúlyosabb DNS-károsodás nehézionok hatására következik be. A röntgensugarak (fotonsugár) és a nehéz ionnyalábok hatása közötti különbség így képzelhető el: egy kis lövés lövése a fegyverből a falba a röntgensugaraknak árt,ha ágyúgolyót lőnek ugyanazon a falon, az egyetlen nehéz ion pusztulása. A nagy tömegű nehéz részecskék sokkal nagyobb energiát veszítenek a megtett távolság egységére, mint a könnyebb társaik. Ezért a sejten áthaladva az útjában lévő nehéz ion nagy pusztítást eredményez. Amikor egy nehéz részecske áthalad a sejtmagon, egy "klaszter típusú" elváltozás képződik, többszörös kémiai kötések megszakadásával a DNS-fragmensben. Különböző típusú súlyos kromoszóma károsodásokat okoznak a sejtmagokban. "Amikor egy nehéz részecske áthalad a sejtmagon, akkor a "klaszter típusú" elváltozások keletkeznek, a kémiai kötések többszörös megszakadásával a DNS-fragmensben. Különböző típusú súlyos kromoszóma károsodásokat okoznak a sejtmagokban. "Amikor egy nehéz részecske áthalad a sejtmagon, akkor a "klaszter típusú" elváltozások keletkeznek, a kémiai kötések többszörös megszakadásával a DNS-fragmensben. Különböző típusú súlyos kromoszóma károsodásokat okoznak a sejtmagokban."
Továbbá a tudósok logikájának logikája a következő volt. A 200-300 MeV / nukleon energiájú hidrogénionoknak (protonoknak) van ideje lefutni egy 11 cm hosszú utat a vízben a teljes lassulás előtt. Az emberi test 90% -ban víz. Ezt az eredményt egy élő emberi testre extrapolálva arra a következtetésre jutunk, hogy útjukban még a könnyű ionok is sejtek ezreit károsíthatják testünkben. A 20-nál nagyobb töltésű nehéz ionok esetében az egészség szempontjából még siralmasabb eredményre kell számítani.
Milyen emberi szerveket károsíthatnak a galaktikus nehézionok a legsúlyosabban és életveszélyesen?
- Ha azon gondolkodik, hogy aktívan szaporodnak - gyorsan megújulnak - a testszövetek, például a vér vagy a bőr, akkor a természetes tulajdonságokból eredő károsodásuk gyorsan helyreáll - magyarázza Jevgenyij Kraszavin, az LRB JINR igazgatója. - De a statikus szöveteken - a központi idegrendszer, a szemek, amelyek nem képesek természetes módon helyreállítani a károsodásokat, a nehéz ionok folyamatos áramlása rétegesen káros hatással jár, rendszeres sejthalált okozva. De a központi idegrendszer és a szem a testünk kontroll "chipjei".
Az állatkísérletekkel Dubnában az Orosz Tudományos Akadémia akadémikusa, Mihail Ostrovszkij vezetésével végzett radiobiológusok csoportja tanulmányozta a nehéz ionok hatását a szem szerkezeteire - a lencsére, a retinára és a szaruhártyára. A JINR-gyorsítóknál egereiket és lencséjük kristályainak (fehérje) oldatait 100-200 MeV protonsugárral besugározták.
"Az emberek és a gerincesek szemének lencséje 90% -ban alfa-, béta- és gamma-kristályokból áll" - mondta Ostrovszkij akadémikus beszédében az Orosz Tudományos Akadémia Fizikai Matematikai és Mechanikai Tanszékének Irodájának látogatói ülésén. - Ezeknek a fehérjéknek a lencsében lévő tartalma megközelítőleg azonos, de szerkezetében és molekulatömegében jelentősen különböznek egymástól. Az ultraibolya sugárzásnak vagy a sugárzásnak való kitettség kristályos aggregációt okozhat - átlátszatlan szálak megjelenését a lencsében. Az aggregáció eredményeként nagy fényszóró konglomerátumok keletkeznek, amelyek a lencse elhomályosodásához, vagyis szürkehályog kialakulásához vezetnek. A szemlencsén áthaladva akár egyetlen nehéz ion is egy idő után zavarossá válhat.
Visszatérés a Földre, mint Homo sapiens
A legkevesebb radiobiológus vizsgálta a nehéz ionok káros hatását a központi idegrendszerre. A NASA szakértői szerint egy Mars-küldetés során az idegsejtek 2–13 százalékát keresztezi legalább egy vasion. És egy proton három naponta repül a test minden sejtjének magján. Ezért komoly veszélye van a hajó legénységének viselkedési reakcióinak visszafordíthatatlan megsértésének. Ez veszélyezteti a teljes küldetést. Az agy nagyon kényes eszköz, és annak kis részeinek megzavarása az egész test működésének elvesztéséhez vezethet, mint például agyvérzésben szenvedőknél vagy az Alzheimer-kórban szenvedőknél.
A Brookhaven-i NASA Űr-sugárzási Laboratóriumban 1 ion GeV / nukleon energiáig felgyorsított vas-ionnyaláb segítségével galaktikus sugárzást szimuláltak a Brookhaven Nemzeti Laboratórium RHIC-ütközőjének nehézionos előgyorsítóján. A patkánykísérletet "kognitív tesztnek" nevezték. Egy kis szilárd területet egy kerek medencében helyeztek el egy vékony átlátszatlan víz alatt. A laboratóriumi patkányokat - először egészségeseket, majd vasionnyalábokkal besugárzották - engedték be ebbe a medencébe, és figyelték, hogy az állatok milyen gyorsan megtalálják ezt a területet és felmászhatnak rá. Egészséges patkányok gyorsan megtalálták a helyet, és a legrövidebb úton haladtak felé. A nehéz ionokkal végzett besugárzás drámai módon megváltoztatta az állatok kognitív funkcióit (tanulási képességét). A besugárzás után egy hónappal a patkány viselkedése drámai módon megváltozott. Hurkoltsokáig körözött a medencén, míg szinte véletlenül sikerült éreznie a szilárd talajt a lába alatt. Az állat gondolkodási képességei súlyosan romlottak. Ilyen hatást nem figyeltek meg, amikor patkányokat röntgensugárral és gammasugárzással besugároztak.
Az emberi test nehéz ionokkal történő besugárzásának lehetséges következményeinek bemutatása érdekében a főemlősökön a kozmikus veszély modelljét kell „játszani” - vélik a kutatók. Mindazonáltal a rágcsálókban a nehéz ionok galaktikus sugárzásának hatásai által feltárt kár elég meggyőző, hogy ne gondoljon erre, amikor azt tervezi, hogy embereket küld egy hosszú repülésre a Marsra.
Hogyan kerülhető el a baj
Amit ma a fizikusok és a biológusok tudnak, abból következik, hogy a kozmonauták sugárzásának károsodásának kockázata több mint egyéves Mars-út során nem csökkenthető nullára. A kockázat csökkentésére eddig ötletek formájában léteztek módszerek.
Első ötlet: a Marsra történő repülés megtervezése a maximális napciklus alatt. Ekkor a galaktikus kozmikus sugarak fluxusa kisebb lesz, mivel a naprendszer bolygóközi mágneses tere meg fogja hajlítani a galaktikus kozmikus sugarak pályáit, igyekszik csökkenteni részecskéik intenzitását és 400 rész MeV / nukleonnál kisebb energiájú részecskéket "söpörni" a naprendszerből.
A második ötlet: a galaktikus sugárzásból származó sugárterhelés jelentős csökkentése a hajó megbízható védelme révén, és a hajó kialakításában egy speciális rekesz-menedékhely biztosítása, amely erőteljesebb védelmet nyújt a kiszámíthatatlan napszél erős áramlásaival szemben. Új típusú védőanyagokat fejlesztenek már ki, amelyek hatékonyabbak lennének, mint a jelenleg használt alumínium, például hidrogén-tartalmú műanyagok, például polietilén. Segítségükkel olyan védelmet lehet létrehozni, amely képes 7 cm vastagságban 30 - 35% -kal csökkenteni a sugárterhelést. Igaz, ez a tudósok szerint nem elég, növelni kell a védőréteg vastagságát. Ha pedig nem működik, akkor jelentősen csökkentse a repülés időtartamát - mondjuk legalább 100 napra. A száz nap egyelőre csak intuitív módon igazolható adat. De mindenesetre gyorsabban kell repülni.
A harmadik ötlet: a marsi űrhajó pilótáinak hatékony sugárzásellenes gyógyszerekkel történő ellátása, amelyek jelentősen megerősíthetik a DNS-fehérjék közötti kötelékeket, csökkentve azok sérülékenységét a nehéz ionok bombázásának.
A negyedik ötlet: mesterséges mágneses mező létrehozása az űrhajó körül, hasonlóan a föld mágneses mezőjéhez. Van egy szupravezető toroid mágnes projektje, amelynek belsejében és kívül a mező közelít a nullához, hogy ne károsítsa az űrhajósok egészségét. Egy ilyen mágnes erőteljes terének a kozmikus protonok és magok nagy részét el kell terelnie az űrhajótól, és a Mars-expedíció során 3-4-szeresére kell csökkentenie a sugárzási dózist. Egy ilyen mágnes prototípusa már elkészült, és egy kísérlet során kozmikus sugarak tanulmányozására használják a Nemzetközi Űrállomás fedélzetén.
Amíg azonban a marsi legénység védelmének ötletei nem találták meg a megtestesülését, a radiobiológusok szerint csak egy kiút van: részletes radiobiológiai vizsgálatok elvégzése földi körülmények között nehézion-gyorsítókon, amelyek földi körülmények között a galaxis mélyéből áradó nagyenergiájú nehéz magok káros hatását fogják szimulálni. Ilyen egyedülálló gyorsítók között van a JINR Magas Energetikai Fizikai Laboratórium Nuclotronja és az alapján létrehozott NICA ütközőkomplexum. A tudósok nagy reményeket fűznek e telepítések képességeihez.
És ha siettünk a Marsra repülni, akkor itt az ideje, hogy gyorsabb űrhajókat építsünk, vagy egyelőre a mély űrben hagyjuk a pilóta nélküli repülések álmait. Hagyja, hogy a robotok egyelőre utazzanak.