I den enorme tomhed i rummet er to former for strålingskrævende astronauter: Kosmiske stråler lynlåser gennem galaksen ved nær lyshastigheder, mens solaktivitet producerer en mere dæmpet form for stråling. Begge er et problem for rumrejsende, hvilket skaber forhold, der spænder fra nedsat syn til kræft.
Denne stråling er ikke et problem her på Jorden takket være planetens beskyttende atmosfære, som blokerer det værste af det. Men ingeniører har stadig ikke effektive metoder til at afskærme astronauter mod disse farer, og det tilføjer et ekstra niveau af risiko til allerede risikable planer om at sende mennesker til Mars på en tre-årig rejse i 2030'erne.
"Der kan være risici på missionsniveau, der bogstaveligt sætter missionen i fare - hele missionen, ikke kun de enkelte astronauter - hvis et eller flere besætningsmedlemmer er ude af stand, " siger strålingsekspert Ron Turner, senior videnskabelig rådgiver ved NASAs Institut for Avancerede koncepter i Atlanta, der studerer risikostyringsstrategier for menneskelige rummissioner. "Det er vigtigt, at vi får de data i løbet af de næste ti år, så vi er i stand til at lave forsigtig planlægning for en fremtidig Mars-mission."
Solen kaster konstant energiske partikler gennem solvinden. Og niveauerne af disse partikler stiger og falder i løbet af solens 22-årige solcyklus. Solstorme kan også kaste massive klatter af ladede partikler ud i rummet, hvor den 11-årige top producerer mest aktivitet. Den kraftige stråling kan ikke kun øge risikoen for kræft på lang sigt, men også forårsage øjeblikkelige problemer som opkast, træthed og synsproblemer.
Ligesom solaktivitet har kosmiske stråler potentialet til at forårsage kræft. Disse højenergiske partikler med høj hastighed stammer uden for solsystemet og kan skade menneskelige celler alvorligt. I modsætning til stråling fra solen, kan kosmiske stråler imidlertid også udløse degenerative virkninger på lang sigt, mens de stadig er i rummet, inklusive hjertesygdomme, reduceret immunforsvarets effektivitet og neurologiske symptomer, der ligner Alzheimers.
Uden Jordens atmosfære for at beskytte dem er astronauter ombord på den internationale rumstation allerede nødt til at tackle disse strålingsfarer. De kan søge ly i en mere kraftigt afskærmet del af skibet, når solen frigiver en særlig kraftig stråling. Men at undgå det konstante, stadige overfald af kosmisk stråling er en større udfordring. Og ingen på ISS har endnu ikke oplevet de fulde strålingsfarer, der ville blive set på en tre-årig mission til Mars og tilbage; den maksimale tid, nogen har brugt på rumstationen, er 14 måneder.
Et tykkere skrog kan hjælpe med at blokere kosmiske stråler med lavere energi, men eventuelle højdrevne stråler kan let passere, bemærker Turner. Desuden reducerer fordobling af den nominelle tykkelse af et rumskibsskrog kun truslen mod astronauter med ca. 10 procent, et tal, der afhænger af arten af både stråler og afskærmning. Den ekstra afskærmning tilføjer også et rumfartøj vægt, hvilket begrænser hvad der kan bruges til forsyninger til videnskab og overlevelse.
Turner siger, at den bedste måde at afbøde faren fra kosmiske stråler ikke kommer fra afskærmning. I stedet tror han, at løsningen kommer fra at reducere tiden astronauter bruger på at rejse til og fra andre verdener. Når mennesker berører Mars, vil hovedparten af planeten yde betydelig beskyttelse og effektivt halvere mængden af stråling, der får den igennem. Mens Mars 'tynde atmosfære ikke giver det samme skjold som Jordens tykke lag af gasser, reducerer det også de kosmiske stråler, der når opdagelsesrejsende på overfladen.
For at forstå, hvordan kosmiske stråler vil påvirke menneskelige opdagelsesrejsende, skal forskere først måle egenskaberne for solens magnetiske felt på et givet tidspunkt. "Jo bedre vi kender det galaktiske kosmiske strålingsmiljø, som vi sender vores astronauter til, jo bedre kan vi planlægge missioner og forstå effekten af en mission på astronauterne, " siger Turner. Med disse oplysninger kan forskere muligvis forudsige virkningerne af kosmisk stråling et år eller to, før en mission lanceres, hvilket giver mulighed for bedre planlægning af specifikt rumvejr. Det ville være som at vide, om en stormende storm på Jorden var en orkan eller tordenvejr; informationen kan hjælpe, når du skræddersyr beskyttelsesforanstaltninger.
Forskere får nu en bedre forståelse af, hvordan kosmiske stråler ser ud uden for solens beskyttelsesskjold ved hjælp af data indsamlet af rumfartøjet Voyager 1, som forlod solsystemet i 2012. Dette skulle hjælpe dem med bedre at forstå, hvordan den skiftende solaktivitet påvirker stråler.
Inde i heliosfæren er solsystemet delvist beskyttet mod kosmiske stråler. (Walt Feimer / NASA GSFC's Conceptual Image Lab) Voyager 1 "er det eneste instrument, som menneskeheden har lavet, der har formået at komme ind i det interstellære medium, den ene del, hvor vi er uden for påvirkningen fra det solmagnetiske felt, " siger Ilias Cholis, en postdoktorisk forsker ved Johns Hopkins University i Maryland.
Mens Voyager 1 sonderer den kosmiske stråling uden for solens rækkevidde, prøver instrumenter som den russiske satellitbaserede nyttelast for antimateriel efterforskning og letkerner Astrofysik (PAMELA) og Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) ombord ISS det fra inde i solen system. Sammenligning af målinger fra hver af disse kilder hjælper Cholis og andre forskere med at forstå, hvordan solens aktivitet har ændret den farlige stråling i fortiden, og hvordan den kunne ændre strålingen i fremtidige solcykler. Tilsammen øger disse rumfartøjer og instrumenter mængden af information om kosmiske stråler, og dette vil kun blive bedre, når tiden går.
Cholis og hans kolleger brugte for eksempel for nylig nye data fra Voyager 1 til at ændre eksisterende formler, der beskriver, hvordan solens magnetiske felt påvirker kosmiske stråler. Mange kosmiske stråler kommer fra supernovas - eksplosionen af en massiv stjerne, der sender ladede partikler, der skyder udad. I modsætning til lys fra eksplosionen bevæger det energiske materiale sig ikke i en lige linje, men spretter i stedet af gas og støv i rummet i det, som Cholis beskrev som "en meget zigzag slags sti." Det kan gøre det vanskeligt at bestemme, hvor individuelle kosmiske stråler kommer fra, især når de passerer ind i solsystemet.
Ved at træde uden for solens indflydelse håbede Cholis og hans kolleger at gøre et bedre stykke arbejde med at identificere strålens kilde og egenskaber. Ikke kun vil dette hjælpe dem med at lære mere om, hvor de energiske partikler kommer fra, men det kan også forbedre forståelsen for deres virkning på mennesker, især dem, der rejser i rummet.
Stråling er ”en risiko, vi har brug for at lære mere om i løbet af det næste årti, så vi kan udføre den rette afhjælpning, så vi kan gøre det bedste, vi kan for astronauterne, der vil sætte deres liv i fare for en række forskellige trusler, "Siger Turner. Men den optimale løsning er muligvis den, der foreløbig virker vanskelig - at gå hurtigere og undgå så meget stråling som muligt. Han siger:" Det bedste smell for sorteperen er avanceret fremdrift, ikke afskærmning. "
