I den store tomheten i rommet, to former for stråling truede astronauter: Kosmiske stråler zip gjennom galaksen med nær lyshastigheter, mens solaktivitet gir en mer dempet form for stråling. Begge deler er et problem for romfarere, og forårsaker forhold som spenner fra nedsatt syn til kreft.
Denne strålingen er ikke et problem her på jorden takket være planetens beskyttende atmosfære, som blokkerer det verste av den. Men ingeniører har fremdeles ikke effektive metoder for å beskytte astronauter mot disse farene, og det gir et ekstra risikonivå for allerede risikable planer om å sende mennesker til Mars på en tre-årig reise i 2030-årene.
"Det kan være risikoer på oppdragsnivå som bokstavelig talt utsetter oppdraget - hele oppdraget, ikke bare de enkelte astronautene - hvis ett eller flere besetningsmedlemmer er uføre, " sier strålingsekspert Ron Turner, senior vitenskapsrådgiver ved NASAs institutt for Avanserte konsepter i Atlanta som studerer strategier for risikostyring for menneskelige romoppdrag. "Det er viktig at vi får de dataene de neste ti årene, slik at vi er i stand til å planlegge for et fremtidig Mars-oppdrag."
Solen kaster stadig energiske partikler gjennom solvinden. Og nivåene av disse partiklene stiger og faller under solens 22-årige solsyklus. Solstormer kan også kaste massive klatter av ladede partikler ut i verdensrommet, med den 11-årige toppen som gir mest aktivitet. Den kraftige strålingen kan ikke bare øke langsiktig kreftrisiko, men også føre til umiddelbare problemer som oppkast, tretthet og synsproblemer.
Som solaktivitet, har kosmiske stråler potensial til å forårsake kreft. Disse høye energi-partiklene med høy hastighet stammer fra utenfor solsystemet og kan skade menneskelige celler alvorlig. I motsetning til stråling fra solen, kan imidlertid kosmiske stråler også utløse degenerative effekter på lang sikt mens de fremdeles er i rommet, inkludert hjertesykdommer, redusert immunforsvarets effektivitet og nevrologiske symptomer som ligner Alzheimers.
Uten jordens atmosfære for å skjerme dem, må astronauter ombord den internasjonale romstasjonen allerede håndtere disse strålingsfarene. De kan søke ly i en mer kraftig skjermet del av skipet når solen frigjør en spesielt høydrevet stråling. Men å unngå det stadige, stadige angrepet av kosmisk stråling er en større utfordring. Og ingen på ISS har ennå til å oppleve de fulle strålingsfarene som vil bli sett på et tre-årig oppdrag til Mars og tilbake; den maksimale tiden noen har brukt på romstasjonen er 14 måneder.
Et tykkere skrog kan bidra til å blokkere lavere energi-kosmiske stråler, men eventuelle høydrevne stråler kan lett passere, bemerker Turner. I tillegg reduserer dobling av den nominelle tykkelsen på et romskrog bare trusselen mot astronauter med omtrent 10 prosent, et antall som er avhengig av arten av både strålene og skjermingen. Den ekstra skjermingen tilfører også et romfartøy vekt, og begrenser hva som kan vies til forsyninger for vitenskap og overlevelse.
Turner sier at den beste måten å redusere faren fra kosmiske stråler ikke kommer fra skjerming. I stedet tror han løsningen vil komme fra å redusere tiden astronauter bruker på å reise til og fra andre verdener. Når mennesker berører Mars, vil hoveddelen av planeten gi betydelig beskyttelse og effektivt halvere mengden stråling som gjør det gjennom. Mens Mars 'tynne atmosfære ikke vil gi det samme skjoldet som jordens tykke lag av gasser, vil det også redusere de kosmiske strålene som når oppdagelsesreisende på overflaten.
For å forstå hvordan kosmiske stråler vil påvirke menneskelige oppdagelsesreisende, vil forskere først måtte måle egenskapene til solens magnetiske felt på et gitt tidspunkt. "Jo bedre vi kjenner det galaktiske kosmiske strålemiljøet som vi sender astronautene våre, jo bedre kan vi planlegge oppdrag og forstå effekten av et oppdrag på astronautene, " sier Turner. Med den informasjonen kan forskere kanskje kunne spå effekten av kosmisk stråling et år eller to før et oppdrag lanseres, noe som gir bedre planlegging for spesifikt romvær. Det ville være som å vite om en storm på jorden var en orkan eller tordenvær; informasjonen kan hjelpe når du skreddersyr vernetiltak.
Forskere får nå en bedre forståelse av hvordan kosmiske stråler ser ut utenfor solens beskyttende skjold ved å bruke data samlet inn av romfartøyet Voyager 1, som forlot solsystemet i 2012. Dette skal hjelpe dem å bedre forstå hvordan den endrede solaktiviteten påvirker stråler.
Inne i heliosfæren er solsystemet delvis beskyttet mot kosmiske stråler. (Walt Feimer / NASA GSFCs Conceptual Image Lab) Voyager 1 "er det eneste instrumentet som menneskeheten har laget som har klart å komme inn i det interstellare mediet, den ene delen der vi er utenfor påvirkning fra det solmagnetiske feltet, " sier Ilias Cholis, en postdoktorisk forsker ved Johns Hopkins University i Maryland.
Mens Voyager 1 sonderer den kosmiske strålingen utenfor solens rekkevidde, prøver instrumenter som den russiske satellittbaserte nyttelasten for antimateriell leting og lyskjerner Astrofysikk (PAMELA) og Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) ombord ISS det fra solenergi system. Å sammenligne målinger fra hver av disse kildene hjelper Cholis og andre forskere til å forstå hvordan solens aktivitet har endret den farlige strålingen i fortiden, og hvordan den kan endre strålingen i fremtidige solsykluser. Sammen øker disse romfartøyene og instrumentene mengden informasjon om kosmiske stråler, og dette vil bare forbedre seg etter hvert som tiden går.
Cholis og kollegene brukte for eksempel nylig nye data fra Voyager 1 for å endre eksisterende formler som beskriver hvordan solens magnetiske felt påvirker kosmiske stråler. Mange kosmiske stråler kommer fra supernovaer - eksplosjonen av en massiv stjerne som sender ladede partikler som skyter utover. I motsetning til lys fra eksplosjonen, beveger det energiske materialet seg ikke i en rett linje, men spretter i stedet av gass og støv i verdensrommet i det Cholis beskrev som "en veldig sikksakk slags bane." Det kan gjøre det vanskelig å bestemme hvor individuelle kosmiske stråler kommer fra, spesielt når de passerer inn i solsystemet.
Ved å gå utenfor solens innflytelse, håpet Cholis og hans kolleger å gjøre en bedre jobb med å identifisere kilden og egenskapene til strålene. Ikke bare vil dette hjelpe dem å lære mer om hvor de energiske partiklene kommer fra, men det kan også forbedre forståelsen for deres effekter på mennesker, spesielt de som reiser i verdensrommet.
Stråling er "en risiko vi trenger å lære mer om i løpet av det neste tiåret, slik at vi kan gjøre riktig avbøtning, slik at vi kan gjøre det beste vi kan for astronautene som kommer til å sette livene deres i fare for en rekke forskjellige trusler, "Sier Turner. Men den optimale løsningen kan være den som foreløpig virker vanskelig - å gå raskere og unngå så mye stråling som mulig. Han sier:" Det beste smellet for pengene er avansert fremdrift, ikke skjerming. "
