Lige siden astronauter begyndte at gå i rummet i længere tid, har det været kendt, at langtidseksponering for nul-tyngdekraft eller mikrogravitet kommer med sin del af sundhedseffekter. Disse inkluderer muskelatrofi og tab af knogletæthed, men strækker sig også til andre områder af kroppen, hvilket fører til nedsat organfunktion, cirkulation og endda genetiske ændringer.
Af denne grund er der foretaget adskillige undersøgelser ombord på den internationale rumstation (ISS) for at bestemme omfanget af disse effekter, og hvilke strategier der kan bruges til at mindske dem. Ifølge en ny undersøgelse, der for nylig blev vist i International Journal of Molecular Sciences, et team af forskere, der finansieres af NASA og JAXA, viste, hvordan kunstig tyngdekraft skulle være en nøglekomponent i enhver fremtidige langtidsplaner i rummet.
Som bemærket er der foretaget en betydelig mængde forskning for at identificere og kvantificere de virkninger, mikrograviteten har på den menneskelige krop. Et godt eksempel på dette er Twins-undersøgelsen udført af NASAs Human Research Programme (HRP), som undersøgte virkningerne på astronaut Scott Kelly's krop, efter at han tilbragte et år ombord på den internationale rumstation - ved hjælp af sin tvillingbror, Mark Kelly, som kontrol .
Disse og andre undersøgelser har bekræftet, at eksponering for mikrogravitet ikke kun kan påvirke knogletæthed og muskelmasse, men også immunfunktion, blodoxygenation, hjerte-kar-sundhed og endda mulige genomiske og kognitive ændringer. Derudover er synet også noget, der kan udføres ved brug af tid i rummet, hvilket er resultatet af mindre cirkulation og ilt, der gør det til det okulære væv.
Faktisk har ca. 30% af astronauterne på kortvarige rumfærgen-flyvninger (ca. to uger) og 60% på langvarige missioner til ISS rapporteret om en vis forringelse af deres syn. Som svar anbefalede professor Michael Delp - dekanen for College of Human Sciences ved Florida State University (FSU) og en medforfatter på papiret - og hans kolleger, at kunstig tyngdekraft integreres i fremtidige missioner.
I årevis og med støtte fra NASA har Delps undersøgt påvirkningen mikrogravitet har på astronaut-synet. Som han sagde i en nylig udgivelse af FSU News:
”Problemet er, jo længere astronauterne er i rummet, jo større er sandsynligheden for, at de oplever synshandicap. Nogle astronauter vil komme sig efter visionændringer, men andre gør det ikke. Så dette er en høj prioritet for NASA og rumfartsbureauer over hele verden. Med denne anvendelse af kunstig tyngdekraft fandt vi, at den ikke helt forhindrede ændringer i øjet, men vi så ikke de værste resultater. ”
For at bestemme, om kunstig tyngdekraft ville mindske disse effekter, samarbejdede Delp med forskere fra det japanske rumfartsundersøgelsesagentur (JAXA) i et første samarbejde nogensinde. De blev sammen med professor Xiao Wen Mao (undersøgelsens hovedforfatter) fra Linda Loma University, samt medlemmer fra University of Arkansas for Medical Sciences, Arkansas Children’s Research Institute og University of Tsukuba.
Holdet undersøgte derefter ændringer i musens okulære væv, efter at de tilbragte 35 dage ombord på ISS. Testpersonerne bestod af 12 ni uger gamle hanmus, der blev fløjet fra Kennedy Space Center og huse i musen Habitat Cage Unit (HCU) i JAXA “Kibo” -laboratoriet på ISS. I løbet af deres ophold blev musene opdelt i to grupper.
Mens en gruppe levede under omgivende mikrogravitationsbetingelser, boede den anden i en centrifugal habitat-enhed, der producerede 1 g af kunstig tyngdekraft (svarende til Jordens tyngdekraft). Herfra fandt forskerteamet, at den tidligere gruppe led skade på blodkarene, der er vigtige for reguleringen af væsketryk i øjnene.
”Når vi er på Jorden, trækker tyngdekraften væske ned mod vores fødder,” sagde Phelps. ”Når du mister tyngdekraften, flytter væsken sig mod hovedet. Denne væskeskift påvirker det vaskulære system i kroppen, og nu ved vi, at det også påvirker blodkarene i øjet. ”
Derudover bemærkede teamet, at proteinekspressionsprofiler også var ændret i musens øjne som et resultat af mikrogravitet. Til sammenligning oplevede musene, der tilbragte deres tid i centrifugen, ikke næsten lige så meget skade på deres okulære væv. Disse resultater indikerer, at kunstig tyngdekraft, sandsynligvis i form af roterende sektioner eller centrifuger, vil være en nødvendig komponent til langvarige rumopgaver.
Efterhånden som begreber går, er brugen af kunstig tyngdekraft i rummet ikke noget nyt. Ud over at være et godt udforsket koncept inden for science fiction, har rumfartsbureauer set på det som en mulig måde at etablere en permanent menneskelig tilstedeværelse i rummet. Et lysende eksempel på dette er Stanford Torus Space Settlement, et hoveddesign, der blev overvejet af 1975 NASA Summer Study.
Som et samarbejde mellem NASAs Ames Research Center og Stanford University bestod dette ti-ugers program af professorer, tekniske direktører og studerende, der kom sammen for at konstruere en vision om, hvordan folk en dag kan leve i en stor rumskoloni. Resultatet af dette var et koncept for en hjullignende rumstation, der ville rotere for at give fornemmelsen af enten Jorden-normal eller delvis tyngdekraft.
Derudover er roterende torus overvejet for rumfartøjer for at sikre, at astronauter på langvarige missioner kunne begrænse deres tid i mikrogravitet. Et godt eksempel på dette er den ikke-atmosfæriske universelle transport, der er beregnet til langvarig efterforskning i USA (Nautilus-X), et rumfartøjskoncept med flere missioner, der blev udviklet i 2011 af ingeniørerne Mark Holderman og Edward Henderson fra NASAs team om teknologianvendelser.
Som med tidligere forskning fremhæver denne undersøgelse vigtigheden af at opretholde astronaut-sundhed under langvarige missioner i rummet såvel som langvarige rejser. Denne undersøgelse adskilles imidlertid ved, at den er den første i en serie, der er designet til bedre at forstå synssvækkelse blandt astronauter.
”Vi håber, at fortsat stærkt videnskabssamarbejde vil hjælpe os med at samle de eksperimentelle resultater, der er nødvendige for at forberede os på fremtidig bemandet udforskning af det dybe rum,” sagde Dai Shiba, en seniorforsker for JAXA og en medforfatter på papiret. Mao, hovedforfatteren for undersøgelsen, indikerede også, at hun er håbefuld for, at denne forskning vil gå ud over rumforskning og have anvendelser her på Jorden:
”Vi håber, at vores fund ikke kun karakteriserer påvirkningen af rumfartmiljø på øjnene, men vil bidrage til nye kurer eller behandlinger af rumsflyvningsinducerede synsproblemer såvel som flere jordbundne lidelser, såsom aldersrelateret makuladegeneration og retinopati.”
Der er ingen tvivl om, at der er mange udfordringer for os, når det kommer til fremtiden for rumforskning. Ikke kun har vi brug for at udvikle rumfartøjer, der kan kombinere brændstofeffektivitet og strøm, men vi er nødt til at reducere omkostningerne ved individuelle lanceringer og komme med måder til at afbøde sundhedsrisici ved langvarige missioner. Ud over virkningerne af mikrogravitet er der også spørgsmålet om langvarig eksponering for sol- og kosmisk stråling.
Og lad os ikke glemme, at missioner til månens overflade og Mars bliver nødt til at kæmpe med langtidseksponering for lavere tyngdekraft, især hvad angår udposter. Som sådan ville det ikke blive overhovedet at forestille sig, at tori og centrifuger kunne blive en regelmæssig del af efterforskningen i rummet i den nærmeste fremtid!
