حقوق الصورة: ناسا
لدى وكالة ناسا لغزًا تحلّه: هل يستطيع الناس الذهاب إلى المريخ أم لا؟
يقول فرانك كوسينوتا من مشروع صحة الإشعاع الفضائي التابع لوكالة ناسا في مركز جونسون للفضاء: "إنها مسألة إشعاع". "نحن نعرف مقدار الإشعاع الموجود في انتظارنا بين الأرض والمريخ ، لكننا لسنا متأكدين من رد فعل جسم الإنسان عليه".
رواد الفضاء في وكالة ناسا موجودون في الفضاء ، متوقفون عن العمل ، لمدة 45 عامًا. باستثناء بضع رحلات سريعة إلى القمر ، لم يقضوا أبدًا الكثير من الوقت بعيدًا عن الأرض. الفضاء العميق مليء بالبروتونات من التوهجات الشمسية ، وأشعة جاما من الثقوب السوداء حديثة الولادة ، والأشعة الكونية من النجوم المتفجرة. رحلة طويلة إلى المريخ ، مع عدم وجود كوكب كبير قريب لمنع أو تحويل هذا الإشعاع ، ستكون مغامرة جديدة.
ناسا تزن خطر الإشعاع في وحدات خطر الإصابة بالسرطان. يتمتع رجل أمريكي سليم يبلغ من العمر 40 عامًا وغير مدخن بفرصة 20٪ للوفاة في نهاية المطاف بسبب السرطان. هذا إذا بقي على الأرض. إذا سافر إلى المريخ ، تزداد المخاطر.
والسؤال هو كم؟
يقول كوسينوتا: "لسنا متأكدين". وفقًا لدراسة أجريت عام 2001 على الأشخاص الذين تعرضوا لجرعات كبيرة من الإشعاع - على سبيل المثال ، الناجون من القنبلة الذرية في هيروشيما ، والمفارقة ، مرضى السرطان الذين خضعوا للعلاج الإشعاعي - يقع الخطر الإضافي لبعثة المريخ التي تستغرق 1000 يومًا في مكان ما بين 1٪ و 19٪ . يقول كوسينوتا: "إن الإجابة الأكثر ترجيحًا هي 3.4٪ ، لكن أشرطة الخطأ واسعة".
ويضيف أن الاحتمالات أسوأ بالنسبة للنساء. "بسبب الثدي والمبيضين ، فإن الخطر الذي تتعرض له رائدات الفضاء يبلغ ضعف خطر الإصابة بالذكور".
يقول كوسينوتا ، إن الباحثين الذين أجروا الدراسة افترضوا أن سفينة المريخ ستبنى "في الغالب من الألمنيوم ، مثل وحدة قيادة أبولو القديمة". يمتص جلد سفينة الفضاء حوالي نصف الإشعاع الذي يضربها.
"إذا كانت المخاطر الإضافية هي نسبة قليلة فقط؟ نحن بخير. يمكننا بناء سفينة فضائية باستخدام الألمنيوم والتوجه إلى المريخ ". (الألومنيوم مادة مفضلة لبناء سفينة الفضاء ، لأنه خفيف الوزن وقوي ومألوف للمهندسين من عقود طويلة من الاستخدام في صناعة الفضاء.)
"لكن إذا كانت 19٪؟ سيواجه رائد الفضاء البالغ من العمر 40 عامًا فرصة 20٪ + 19٪ = 39٪ للإصابة بسرطان ينتهي بعد عودته إلى الأرض. هذا غير مقبول ".
يقول كوسينوتا ، إن أشرطة الخطأ كبيرة ، لسبب وجيه. إشعاع الفضاء هو مزيج فريد من أشعة غاما والبروتونات عالية الطاقة والأشعة الكونية. إن تفجيرات القنابل الذرية وعلاجات السرطان ، أساس العديد من الدراسات ، ليست بديلاً عن "الشيء الحقيقي".
أكبر تهديد لرواد الفضاء في طريقهم إلى المريخ هو الأشعة الكونية المجرية - أو "GCRs" باختصار. هذه جسيمات تتسارع إلى سرعة خفيفة تقريبًا بواسطة انفجارات المستعرات الأعظمية البعيدة. أخطر GCRs هي النوى المؤينة الثقيلة مثل Fe + 26. "إنهم أكثر نشاطًا (الملايين من MeV) من البروتونات النموذجية التي تسارعها التوهجات الشمسية (عشرات إلى مئات MeV)" ، يلاحظ Cucinotta. GCRs تتدفق عبر جلد سفن الفضاء والأشخاص مثل كرات المدفع الصغيرة ، وكسر خيوط جزيئات الحمض النووي ، وتدمير الجينات وقتل الخلايا.
ونادرا ما اختبر رواد الفضاء جرعة كاملة من أجهزة GCR في الفضاء البعيد. لنأخذ محطة الفضاء الدولية (ISS): فهي تدور على بعد 400 كيلومتر فقط فوق سطح الأرض. جسم كوكبنا ، الذي يلوح في الأفق ، يعترض حوالي ثلث GCRs قبل أن يصل إلى محطة الفضاء الدولية. ينحرف الثلث الآخر عن طريق المجال المغناطيسي للأرض. يتمتع رواد مكوك الفضاء بتخفيضات مماثلة.
قام رواد فضاء أبولو بالسفر إلى القمر بامتصاص جرعات أعلى - حوالي 3 أضعاف مستوى محطة الفضاء الدولية - ولكن لبضعة أيام فقط خلال رحلة الأرض والقمر. يشير Cucinotta إلى أن GCRs قد أتلفت أعينهم. في طريقها إلى القمر ، أفادت طواقم أبولو عن رؤية ومضات الأشعة الكونية في شبكية العين ، والآن ، بعد سنوات عديدة ، طور بعضهم إعتام عدسة العين. وإلا فلا يبدو أنهم عانوا الكثير. ويختتم كوسينوتا قائلاً: "هناك بضعة أيام" هناك "ربما تكون آمنة".
لكن رواد الفضاء الذين يسافرون إلى المريخ سيبقون هناك لمدة عام أو أكثر. يقول: "لا يمكننا حتى الآن ، بشكل موثوق ، تقدير ما ستفعله الأشعة الكونية لنا عندما نتعرض لفترة طويلة".
معرفة ذلك هي مهمة مختبر ناسا الجديد للإشعاع الفضائي (NSRL) ، الموجود في مختبر بروكهافن الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية في نيويورك. تم افتتاحه في أكتوبر 2003. "لدينا في NSRL معجلات الجسيمات التي يمكن أن تحاكي الأشعة الكونية" ، توضح Cucinotta. يكشف الباحثون خلايا وأنسجة الثدييات إلى حزم الجسيمات ، ثم يقومون بفحص الضرر. "الهدف هو تقليل عدم اليقين في تقديراتنا للمخاطر إلى نسبة مئوية قليلة فقط بحلول عام 2015."
بمجرد معرفة المخاطر ، يمكن لوكالة ناسا أن تقرر نوع سفينة الفضاء لبناء. من الممكن أن تكون مواد البناء العادية مثل الألومنيوم جيدة بما يكفي. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فقد حددنا بالفعل بعض البدائل.
ماذا عن سفينة الفضاء المصنوعة من البلاستيك؟
يشرح كوسينوتا: "البلاستيك غني بالهيدروجين ، وهو عنصر يقوم بعمل جيد لامتصاص الأشعة الكونية". على سبيل المثال ، البولي إيثيلين ، نفس أكياس القمامة المصنوعة من مادة القمامة ، تمتص 20٪ أشعة كونية أكثر من الألمنيوم. شكل من أشكال البولي إيثيلين المقوى تم تطويره في مركز مارشال لرحلات الفضاء أقوى بعشر مرات من الألمنيوم وأخف وزنًا أيضًا. يمكن أن يصبح هذا مادة مفضلة لبناء سفينة الفضاء ، إذا كان يمكن تصنيعها بثمن رخيص. يشير كوسينوتا إلى أنه "حتى لو لم نبني المركبة الفضائية بأكملها من البلاستيك ، فلا يزال بإمكاننا استخدامها لحماية مناطق رئيسية مثل أماكن عمل الطاقم". والواقع أن هذا يتم بالفعل على متن محطة الفضاء الدولية.
إذا لم يكن البلاستيك جيدًا بما يكفي ، فقد يكون الهيدروجين النقي مطلوبًا. الجنيه للرطل ، الهيدروجين السائل يحجب الأشعة الكونية 2.5 مرة أفضل من الألمنيوم. بعض تصاميم المركبات الفضائية المتطورة تتطلب خزانات كبيرة من وقود الهيدروجين السائل ، لذلك "يمكننا حماية الطاقم من الإشعاع من خلال لف خزان الوقود حول مكان معيشتهم" ، حسب كوسينوتا.
هل يستطيع الناس الذهاب إلى المريخ؟ يعتقد كوتشينوتا ذلك. لكن أولاً ، "علينا أن نكتشف مقدار الإشعاع الذي يمكن لأجسامنا تحمله ونوع سفينة الفضاء التي نحتاج إلى بنائها". في المختبرات في جميع أنحاء البلاد ، بدأ العمل بالفعل.
المصدر الأصلي: قصة علوم ناسا
