Billedkredit: NASA
NASA har et mysterium at løse: Kan folk gå til Mars, eller ikke?
”Det er et spørgsmål om stråling,” siger Frank Cucinotta fra NASA's Space Radiation Health Project på Johnson Space Center. ”Vi ved, hvor meget stråling der er der venter på os mellem Jorden og Mars, men vi er ikke sikre på, hvordan den menneskelige krop vil reagere på den.”
NASA-astronauter har været i rummet, slukket og tændt i 45 år. Bortset fra et par hurtige ture til månen har de dog aldrig tilbragt meget tid langt fra Jorden. Den dybe plads er fyldt med protoner fra solfakler, gammastråler fra nyfødte sorte huller og kosmiske stråler fra eksploderende stjerner. En lang rejse til Mars, uden nogen stor planet i nærheden for at blokere eller afbøje denne stråling, bliver et nyt eventyr.
NASA vejer strålingsfare i enheder af kræftrisiko. En sund 40-årig ikke-ryger amerikansk mand udgør en (hele) 20% chance for i sidste ende at dø af kræft. Det er hvis han bliver på Jorden. Hvis han rejser til Mars, går risikoen op.
Spørgsmålet er, hvor meget?
”Vi er ikke sikre,” siger Cucinotta. Ifølge en undersøgelse fra 2001 med mennesker udsat for store doser stråling - fx Hiroshima atombombe overlevende og ironisk nok kræftpatienter, der har gennemgået strålebehandling, ligger den ekstra risiko for en 1000-dages Mars-mission et sted mellem 1% og 19% . "Det mest sandsynlige svar er 3,4%," siger Cucinotta, "men fejlbjælkerne er brede."
Oddserne er endnu værre for kvinder, tilføjer han. ”På grund af bryster og æggestokke er risikoen for kvindelige astronauter næsten dobbelt så stor som risikoen for mænd.”
Forskere, der foretog undersøgelsen, antog, at Mars-skibet ville være bygget ”mest af aluminium, ligesom et gammelt Apollo-kommandomodul,” siger Cucinotta. Rumskibets hud optager omkring halvdelen af den stråling, der rammer det.
”Hvis den ekstra risiko kun er et par procent? vi har det godt. Vi kunne bygge et rumskib ved hjælp af aluminium og hovedet til Mars. ” (Aluminium er et yndlingsmateriale til rumskibskonstruktion, fordi det er let, stærkt og velkendt for ingeniører fra lange årtiers brug i luftfartsindustrien.)
”Men hvis det er 19%? vores 40-ting-astronaut vil have en 20% + 19% = 39% chance for at udvikle livsluttende kræft, efter at han vender tilbage til Jorden. Det er ikke acceptabelt. ”
Fejlbjælkerne er store, siger Cucinotta, med god grund. Rumstråling er en unik blanding af gammastråler, højenergiprotoner og kosmiske stråler. Atombombesprængninger og kræftbehandlinger, som er grundlaget for mange undersøgelser, er ingen erstatning for den "rigtige ting."
Den største trussel mod astronauter på vej til Mars er galaktiske kosmiske stråler - eller ”GCRs” kort. Dette er partikler, der er accelereret til næsten lyshastighed ved fjerne supernovaeksplosioner. De farligste GCR'er er tunge ioniserede kerner såsom Fe + 26. ”De er meget mere energiske (millioner af MeV) end typiske protoner, der er fremskyndet med solens bluss (titusindvis til hundreder af MeV),” bemærker Cucinotta. GCR'er tønder gennem rumskibets hud, og mennesker kan lide små kanonkugler, bryde DNA-molekylens dele, beskadige gener og dræbe celler.
Astronauter har sjældent oplevet en fuld dosis af disse deep space GCR'er. Overvej Den Internationale Rumstation (ISS): Den kredser kun 400 km over Jordens overflade. Vores planets krop, der truer stort, opfanger omkring en tredjedel af GCR'erne, før de når ISS. En anden tredjedel afbøjes af Jordens magnetfelt. Space shuttle-astronauter nyder lignende reduktioner.
Apollo-astronauter, der rejser til månen, absorberede højere doser - ca. 3 gange ISS-niveauet - men kun i et par dage under jord-måne-krydstogtet. GCR'er kan have ødelagt deres øjne, bemærker Cucinotta. På vej til månen rapporterede Apollo-besætninger, at de havde set kosmiske stråleblitz i deres nethinder, og nu mange år senere har nogle af dem udviklet grå stær. Ellers ser de ikke ud til at have lidt meget. "Et par dage" derude "er sandsynligvis sikkert,” konkluderer Cucinotta.
Men astronauter, der rejser til Mars, vil være "derude" i et år eller mere. ”Vi kan endnu ikke pålideligt estimere, hvad kosmiske stråler vil gøre for os, når vi er udsat for så længe,” siger han.
Find ud af det er missionen fra NASAs nye rumstrålingslaboratorium (NSRL), der ligger ved det amerikanske energiministerium Brookhaven National Laboratory i New York. Det åbnede i oktober 2003. ”Hos NSRL har vi partikelacceleratorer, der kan simulere kosmiske stråler,” forklarer Cucinotta. Forskere udsætter pattedyrceller og væv for partikelbjælkerne og undersøger derefter skaden. ”Målet er at reducere usikkerheden i vores risikovurderinger til kun et par procent inden år 2015.”
Når risikoen er kendt, kan NASA beslutte, hvilken slags rumskib der skal opbygges. Det er muligt, at almindelige byggematerialer som aluminium er gode nok. Hvis ikke, "har vi allerede identificeret nogle alternativer," siger han.
Hvad med et rumskib lavet af plast?
”Plast er rig på brint - et element, der gør et godt stykke arbejde med at absorbere kosmiske stråler,” forklarer Cucinotta. F.eks. Absorberer polyethylen, det samme materiale, affaldsposer er, 20% mere kosmiske stråler end aluminium. En form af forstærket polyethylen udviklet i Marshall Space Flight Center er 10 gange stærkere end aluminium og også lettere. Dette kan blive et valgmateriale til rumskibsbygning, hvis det kan laves billigt nok. "Selv hvis vi ikke bygger hele rumfartøjet af plast," bemærker Cucinotta, "kunne vi stadig bruge det til at beskytte nøgleområder som besætningsrum." Dette er faktisk allerede gjort ombord på ISS.
Hvis plast ikke er godt nok, kan der være behov for rent brint. Pund for pund, flydende brint blokerer kosmiske stråler 2,5 gange bedre end aluminium gør. Nogle avancerede rumfartøjsdesign kræver store tanke med flydende brintbrændstof, så "vi kunne beskytte besætningen mod stråling ved at pakke brændstoftanken omkring deres bolig," spekulerer Cucinotta.
Kan folk tage til Mars? Cucinotta mener det. Men først skal vi "finde ud af, hvor meget stråling vores krop kan håndtere, og hvad slags rumskib vi har brug for at bygge." I laboratorier rundt om i landet er arbejdet allerede begyndt.
Original kilde: NASA Science Story
