|
Перед полетами на Марс нам нужна лучшая защита
|
|
|
|
Первый шаг на Луну стал одним из самых захватывающих достижений человечества. Теперь ученые планируют повторные полеты и мечтают о Марсе за его пределами. В следующем году в рамках миссии НАСА "Артемида II" четыре астронавта отправятся в облет Луны, чтобы протестировать космический аппарат перед будущими посадками. Ожидается, что в следующем году два астронавта в течение недели будут исследовать поверхность Луны в рамках миссии НАСА "Артемида III". И, наконец, полет на Марс запланирован на 2030-е годы. Но на этом пути стоит невидимая угроза: космические лучи.
|
|
|
|
Когда мы смотрим на ночное небо, мы видим звезды и близлежащие планеты. Если нам посчастливится жить в месте, где нет светового загрязнения, мы можем увидеть метеоры, скользящие по небу. Но космические лучи, состоящие из протонов, ядер гелия, тяжелых ионов и электронов, остаются скрытыми. Они исходят от взрывающихся звезд (галактические космические лучи) и нашего собственного Солнца (солнечные частицы).
|
|
|
|
Они не различают друг друга. Эти частицы несут в себе так много энергии и движутся так быстро, что могут выбивать электроны из атомов и разрушать молекулярные структуры любого материала. Таким образом, они могут повредить все на своем пути, как машины, так и людей.
|
|
|
|
Магнитное поле и атмосфера Земли защищают нас от большей части этих опасностей. Но за пределами земной защиты космические путешественники будут постоянно подвергаться воздействию. В глубоком космосе космические лучи могут разрушать нити ДНК, белки и другие клеточные компоненты, повышая риск серьезных заболеваний, таких как рак.
|
|
|
|
|
|
|
Задача исследования проста: измерить, как космические лучи воздействуют на живые организмы, а затем разработать стратегии уменьшения их воздействия.
|
|
|
|
В идеале ученые могли бы изучать эти эффекты, отправляя ткани, органоиды (искусственно созданные органоподобные структуры) или лабораторных животных (например, мышей) непосредственно в космос. Такое случается, но это дорого и сложно. Более практичным подходом является моделирование космического излучения на Земле с помощью ускорителей элементарных частиц.
|
|
|
|
Симуляторы космических лучей в США и Германии последовательно воздействуют на ткани, растения и животных различными компонентами космических лучей. Новый международный ускорительный комплекс, который строится в Германии, позволит достичь еще более высоких энергий, соответствующих уровням, обнаруженным в космосе, которые никогда не испытывались на живых организмах.
|
|
|
|
Но эти симуляции не являются полностью реалистичными. Во многих экспериментах вся необходимая доза достигается за один прием. Это похоже на использование цунами для изучения последствий дождя.
|
|
|
|
В реальном космосе космические лучи поступают в виде смеси высокоэнергетических частиц, попадающих одновременно, а не по одному типу за раз. Мы с коллегами предложили создать многоотраслевой ускоритель, который мог бы запускать несколько настраиваемых пучков частиц одновременно, воссоздавая смешанное излучение глубокого космоса в контролируемых лабораторных условиях. Однако на данный момент такого рода учреждения существуют только в виде предложений.
|
|
|
|
Помимо более качественных испытаний, нам нужна более надежная защита. Физические экраны кажутся очевидной первой защитой. Материалы, богатые водородом, такие как полиэтилен и водопоглощающие гидрогели, могут замедлять заряженные частицы. Хотя они используются или планируется использовать в качестве материалов для космических аппаратов, их преимущества ограничены.
|
|
|
|
В частности, галактические космические лучи, приходящие от далеких взрывающихся звезд, обладают такой энергией, что могут проникать сквозь физическую защиту. Они могут даже генерировать вторичное излучение, которое увеличивает воздействие. Таким образом, эффективная защита с помощью исключительно физических щитов остается серьезной проблемой.
|
|
Броня природы
|
|
|
|
Вот почему ученые изучают биологические стратегии. Одним из подходов является использование антиоксидантов. Эти молекулы могут защитить ДНК от вредных химических веществ, которые образуются, когда космические лучи попадают в живые клетки.
|
|
|
|
Добавление CDDO-EA, синтетического антиоксиданта, уменьшает когнитивные нарушения, вызванные имитацией космического излучения у самок мышей. В ходе исследования мыши, подвергшиеся воздействию имитируемого космического излучения, выполняли простые задачи медленнее по сравнению с мышами, не подвергавшимися воздействию. Однако мыши, получавшие синтетический антиоксидант, вели себя нормально, несмотря на воздействие имитируемого космического излучения.
|
|
|
|
Другой подход предполагает обучение у организмов с экстраординарными способностями. Организмы, находящиеся в спячке, становятся более устойчивыми к радиации во время спячки. Механизмы защиты от радиации в спячке еще до конца не изучены. Тем не менее, создание условий, подобных зимней спячке, у животных, не впадающих в спячку, возможно и может сделать их более радиоустойчивыми.
|
|
|
|
Тихоходки — микроскопические существа, также известные как водяные медведи, — также чрезвычайно устойчивы к радиации, особенно при обезвоживании. Хотя мы не можем погружать астронавтов в спячку или обезвоживать их организм, стратегии, которые эти организмы используют для защиты клеточных компонентов, могут помочь нам сохранить другие организмы во время длительных космических путешествий.
|
|
|
|
Микробы, семена, простые источники пищи и даже животные, которые впоследствии могут стать нашими спутниками, могут быть сохранены в защищенном состоянии на некоторое время. В более спокойных условиях их можно будет вернуть к полноценной жизнедеятельности. Таким образом, понимание и использование этих защитных механизмов может оказаться решающим для будущих космических путешествий.
|
|
|
|
Третья стратегия направлена на поддержку собственных реакций организма на стресс. Стрессовые факторы на Земле, такие как голод или жара, заставили организмы выработать клеточную защиту, которая защищает ДНК и другие клеточные компоненты. В недавнем препринте (статье, которая еще не прошла экспертную оценку) мы с моим коллегой предполагаем, что активация этих механизмов с помощью специальных диет или лекарств может обеспечить дополнительную защиту в космосе.
|
|
|
|
Одних физических щитов будет недостаточно. Но благодаря биологическим стратегиям, большему количеству экспериментов в космосе и на Земле, а также строительству новых специализированных ускорительных комплексов человечество становится все ближе к тому, чтобы превратить обычные космические полеты в реальность. При нынешних темпах мы, вероятно, через десятилетия полностью решим проблему защиты от космических лучей. Увеличение инвестиций в исследования космической радиации могло бы сократить этот срок.
|
|
|
|
Конечная цель - выйти за пределы защитного слоя Земли, не подвергаясь постоянной угрозе со стороны невидимых частиц высокой энергии, повреждающих наши тела и космические аппараты.
|
|
|
|
Источник
|
