Avaruuden valtavassa tyhjyydessä astronautit uhkaavat kahta säteilyn muotoa: Kosmiset säteet vetoavat galaksin läpi lähes valon nopeudella, kun taas aurinkoaktiivisuus tuottaa hillitymmän säteilymuodon. Molemmat ovat ongelma avaruusmatkailijoille, aiheuttaen olosuhteita näköhäiriöistä syöpään.
Tämä säteily ei ole ongelma täällä maan päällä maapallon suojaavan ilmakehän ansiosta, joka estää pahimman. Mutta insinööreillä ei vieläkään ole tehokkaita menetelmiä astronautien suojaamiseksi näiltä vaaroilta, ja se lisää ylimääräisen riskin jo vaarallisille suunnitelmille lähettää ihmiset Marsiin kolmen vuoden matkalle 2030-luvulle mennessä.
"Voi olla, että operaatiotason riskeissä kirjaimellisesti vaarannetaan operaatio - koko operaatio, ei vain yksittäiset astronautit - jos yksi tai useampi miehistön jäsen on kyvyttömyys", sanoo säteilyasiantuntija Ron Turner, NASA: n instituutin vanhempi tiedeneuvoja. Advanced Concepts Atlanta, joka tutkii riskinhallintastrategioita ihmisten avaruusoperaatioille. "On tärkeää, että saamme nämä tiedot seuraavan kymmenen vuoden aikana, jotta pystymme suunnittelemaan varovaisesti tulevaa Mars-operaatiota."
Aurinko säteilee jatkuvasti energisiä hiukkasia auringon tuulen kautta. Ja näiden hiukkasten tasot nousevat ja laskevat auringon 22 vuoden aurinkosyklin aikana. Auringonmyrskyt voivat myös heittää massiivisia ladattujen hiukkasten aaltoja, ja 11-vuotinen huippu tuottaa eniten aktiivisuutta. Voimakas säteily ei voi vain lisätä pitkäaikaisia syöpäriskejä, vaan aiheuttaa myös välittömiä aiheita, kuten oksentelua, väsymystä ja näköongelmia.
Kuten aurinkoaktiivisuus, myös kosmisilla säteillä on mahdollisuus aiheuttaa syöpää. Nämä korkeaenergiset, nopeudeltaan hiukkaset ovat peräisin aurinkokunnan ulkopuolelta ja voivat vahingoittaa vakavasti ihmisen soluja. Toisin kuin auringon säteily, kosmiset säteet voivat kuitenkin herättää myös avaruudessa pysyviä rappeuttavia vaikutuksia, mukaan lukien sydänsairaudet, heikentynyt immuunijärjestelmän teho ja Alzheimerin tautia muistuttavat neurologiset oireet.
Ilman maan ilmakehän suojaamista heille kansainvälisen avaruusaseman astronautien on jo puututtava näihin säteilyvaaroihin. He voivat etsiä suojaa aluksen raskaammin suojatuista osista, kun aurinko vapauttaa erityisen voimakkaan säteilypurskeen. Mutta kosmisen säteilyn jatkuvan ja tasaisen hyökkäyksen välttäminen on suurempi haaste. Ja kukaan ISS: n jäsenistä ei ole vielä kokenut täyttä säteilyvaaraa, joka nähdään kolmen vuoden matkalla Marsille ja takaisin; Kukaan voi viettää eniten aikaa avaruusasemalla 14 kuukautta.
Paksumpi runko voi auttaa estämään pienemmän energian kosmisia säteitä, mutta kaikki voimakkaat säteet pääsevät helposti läpi, Turner toteaa. Lisäksi avaruusaluksen rungon nimellispaksuuden kaksinkertaistaminen vähentää vain astronautien uhkaa noin 10 prosentilla, määrä, joka riippuu sekä säteiden että suojauksen luonteesta. Tämä ylimääräinen suojaus lisää myös painoa avaruusalukselle, rajoittaen sitä, mitä voidaan käyttää tieteen ja selviytymisen tarpeisiin.
Turner sanoo, että paras tapa lieventää kosmisten säteilyjen aiheuttamaa vaaraa ei tule suojauksesta. Sen sijaan hän ajattelee, että ratkaisu tulee vähentämällä astronautien kuluttamaa aikaa matkustaa muihin maailmoihin ja muista maailmoista. Kun ihmiset koskettavat Marsia, suurin osa planeetasta tarjoaa merkittävän suojan, puolittaen tehokkaasti sen läpi kulkevan säteilyn määrän. Vaikka Marsin ohut ilmakehä ei tarjoa samaa kilpiä kuin maapallon paksu kaasukerros, se myös vähentää kosmisia säteitä, jotka päästävät tutkijoiden pintaan.
Ymmärtääksesi kuinka kosmiset säteet vaikuttavat ihmisen tutkijoihin, tutkijoiden on ensin mitattava auringon magneettikentän ominaisuuksia tiettynä ajankohtana. "Mitä paremmin tiedämme galaktisen kosmisen säteilyympäristön, johon lähettämme astronautteja, sitä paremmin voimme suunnitella tehtäviä ja ymmärtää tehtävän vaikutuksen astronautteihin", Turner sanoo. Tämän tiedon avulla tutkijat voivat pystyä ennustamaan kosmisen säteilyn vaikutukset vuosi tai kaksi ennen operaation aloittamista, mikä mahdollistaa paremman suunnittelun tietyille avaruussääille. Se olisi kuin tietäisi, oliko maanläheinen myrsky hurrikaani vai ukonilma; tiedot voivat auttaa suojatoimenpiteiden räätälöinnissä.
Tutkijat saavat nyt paremman käsityksen siitä, miltä kosmiset säteet näyttävät auringon suojakilven ulkopuolelta, käyttämällä Voyager 1 -aluksen, joka poistui aurinkojärjestelmästä vuonna 2012. Tämän pitäisi auttaa heitä ymmärtämään paremmin, miten muuttuva aurinkoaktiivisuus vaikuttaa säteiltä.
Heliosfäärin sisällä aurinkokunta on osittain suojattu kosmisilta säteiltä. (Walt Feimer / NASA GSFC: n käsitteellinen kuvalaboratorio) Voyager 1 "on ainoa instrumentti, jonka ihmiskunta on tehnyt ja joka on onnistunut pääsemään tähtienväliseen väliaineeseen. Se osa, jossa olemme auringon magneettikentän vaikutuksen ulkopuolella", sanoo Ilias Cholis, tutkijatohtori Johns Hopkinsin yliopistossa Marylandissa.
Voyager 1 koettaa kosmisen säteilyn auringon ulottumattomissa. Menetelmät, kuten venäläinen satelliittipohjainen hyötykuorma antimateriaalien etsinnälle ja valoytimien astrofysiikka (PAMELA) ja alfa-magneettinen spektrometri (AMS) ISS: n näytteille, ottavat sitä auringon sisäpuolelta. järjestelmään. Mittausten vertaaminen näistä lähteistä auttaa Cholista ja muita tutkijoita ymmärtämään, kuinka auringon aktiviteetti on muuttanut vaarallista säteilyä aiemmin ja miten se voi muuttaa säteilyä tulevissa aurinkosyklissä. Yhdessä nämä avaruusalukset ja instrumentit lisäävät kosmisten säteilyjen määrää, ja tämä paranee vain ajan myötä.
Esimerkiksi Cholis ja hänen kollegansa käyttivät äskettäin Voyager 1: n uutta tietoa modifioida olemassa olevia kaavoja, jotka kuvaavat kuinka auringon magneettikenttä vaikuttaa kosmisiin säteisiin. Monet kosmiset säteet tulevat supernovoista - massiivisen tähden räjähdys, joka lähettää ladattuja hiukkasia ammuttaen ulospäin. Toisin kuin räjähdyksen aiheuttama valo, energinen materiaali ei kulje suorassa linjassa, vaan poistuu sen sijaan kaasusta ja pölystä avaruudessa siinä, mitä Cholis kuvaili "erittäin siksak-tyyppiseksi poluksi". Tämä voi vaikeuttaa sen määrittämistä, mistä yksittäiset kosmiset säteet tulevat, etenkin kun ne siirtyvät aurinkojärjestelmään.
Astuessaan auringon vaikutuksen ulkopuolelle Cholis ja hänen kollegansa toivoivat voivansa paremmin selvittää säteiden lähteen ja ominaisuudet. Tämä ei vain auttaa heitä oppimaan lisää siitä, mistä energiset hiukkaset tulevat, vaan se voi myös parantaa ymmärrystä niiden vaikutuksista ihmisiin, etenkin avaruusmatkustajiin.
Säteily on ”riski, josta meidän täytyy oppia lisää seuraavan vuosikymmenen aikana, jotta pystymme toteuttamaan asianmukaisen lieventämisen, jotta voimme tehdä parhaamme astronautien hyväksi, jotka asettavat henkensä vaaraan useille eri uhille "" Turner sanoo. Mutta optimaalinen ratkaisu saattaa olla se, joka näyttää tällä hetkellä vaikealta: mennä nopeammin ja välttää mahdollisimman paljon säteilyä. Hän sanoo: "Paras paukko taakse on edistynyt työntövoima, ei suojaaminen."
