W ogromnej pustce kosmicznej dwie formy promieniowania zagrażają astronautom: Promienie kosmiczne prześlizgują się przez galaktykę z prędkością bliską światła, podczas gdy aktywność słoneczna wytwarza bardziej stonowaną formę promieniowania. Oba stanowią problem dla podróżujących w kosmos, powodując choroby od wad wzroku po raka.
Promieniowanie to nie jest tutaj problemem na Ziemi dzięki atmosferze ochronnej planety, która blokuje najgorsze z nich. Jednak inżynierowie wciąż nie dysponują skutecznymi metodami ochrony astronautów przed tymi zagrożeniami, co dodatkowo zwiększa ryzyko w już ryzykownych planach wysłania ludzi na Marsa w trzyletnią podróż do lat 30. XX wieku.
„Mogą istnieć zagrożenia na poziomie misji, które dosłownie narażają misję na ryzyko - cała misja, nie tylko poszczególni astronauci - jeśli jeden lub więcej członków załogi jest niezdolnych do pracy”, mówi ekspert ds. Promieniowania Ron Turner, starszy doradca naukowy w Instytucie NASA ds. Zaawansowane koncepcje w Atlancie, które badają strategie zarządzania ryzykiem dla misji kosmicznych człowieka. „Ważne jest, abyśmy otrzymywali te dane w ciągu następnych dziesięciu lat, abyśmy mogli rozważnie planować przyszłą misję Marsa”.
Słońce nieustannie wyrzuca cząsteczki energii przez wiatr słoneczny. A poziomy tych cząstek rosną i spadają podczas 22-letniego cyklu słonecznego Słońca. Burze słoneczne mogą również wyrzucać ogromne kosmiczne cząsteczki naładowanych cząstek w kosmos, przy czym 11-letni szczyt generuje największą aktywność. Silne promieniowanie może nie tylko zwiększyć długoterminowe ryzyko raka, ale także powodować natychmiastowe problemy, takie jak wymioty, zmęczenie i problemy ze wzrokiem.
Podobnie jak aktywność słoneczna, promienie kosmiczne mogą powodować raka. Te wysokoenergetyczne cząstki o dużej prędkości pochodzą spoza Układu Słonecznego i mogą poważnie uszkodzić ludzkie komórki. Jednak w przeciwieństwie do promieniowania słonecznego promienie kosmiczne mogą również wywoływać długoterminowe skutki zwyrodnieniowe, gdy są jeszcze w kosmosie, w tym choroby serca, zmniejszoną skuteczność układu odpornościowego i objawy neurologiczne przypominające chorobę Alzheimera.
Bez atmosfery ziemskiej, która by ich osłaniała, astronauci na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej muszą już poradzić sobie z zagrożeniami związanymi z promieniowaniem. Mogą szukać schronienia w lepiej osłoniętej części statku, gdy słońce wyzwoli wyjątkowo silny strumień promieniowania. Jednak unikanie stałego, stałego ataku promieniowania kosmicznego stanowi większe wyzwanie. I nikt z ISS nie musi jeszcze doświadczyć pełnego niebezpieczeństwa związanego z promieniowaniem, które można zaobserwować podczas trzyletniej misji na Marsa iz powrotem; maksymalny czas, jaki ktokolwiek spędził na stacji kosmicznej, wynosi 14 miesięcy.
Grubszy kadłub może pomóc w blokowaniu promieni kosmicznych o niższej energii, ale każdy promień o dużej mocy może z łatwością przejść, zauważa Turner. Ponadto podwojenie nominalnej grubości kadłuba statku kosmicznego zmniejsza jedynie zagrożenie dla astronautów o około 10 procent, a liczba ta zależy od natury promieni i osłony. Ta dodatkowa osłona zwiększa również wagę statku kosmicznego, ograniczając to, co można poświęcić na zaopatrzenie naukowe i przetrwanie.
Turner twierdzi, że najlepszym sposobem na ograniczenie zagrożenia promieniami kosmicznymi nie będzie ekranowanie. Zamiast tego uważa, że rozwiązaniem będzie skrócenie czasu spędzanego przez astronautów na podróżach do i z innych światów. Gdy ludzie wylądują na Marsie, większość planety zapewni znaczną ochronę, skutecznie zmniejszając o połowę ilość promieniowania, które przenika. Podczas gdy cienka atmosfera Marsa nie zapewni tej samej tarczy co gruba warstwa gazów na Ziemi, to również zmniejszy promienie kosmiczne docierające do odkrywców na powierzchni.
Aby zrozumieć, w jaki sposób promienie kosmiczne wpłyną na ludzkich odkrywców, naukowcy będą musieli najpierw zmierzyć właściwości pola magnetycznego Słońca w danym momencie. „Im lepiej znamy środowisko galaktycznego promienia kosmicznego, do którego wysyłamy naszych astronautów, tym lepiej możemy planować misje i rozumieć wpływ misji na astronautów”, mówi Turner. Dzięki tym informacjom naukowcy mogą być w stanie przewidzieć skutki promieniowania kosmicznego na rok lub dwa przed rozpoczęciem misji, umożliwiając lepsze planowanie konkretnej pogody kosmicznej. To tak, jakby wiedzieć, że zbliżająca się burza na Ziemi byłaby huraganem lub burzą; informacje mogą pomóc w dostosowaniu środków ochronnych.
Naukowcy coraz lepiej rozumieją, jak wyglądają promienie kosmiczne poza tarczą ochronną Słońca, wykorzystując dane zebrane przez statek kosmiczny Voyager 1, który opuścił Układ Słoneczny w 2012 roku. Powinno to pomóc im lepiej zrozumieć, w jaki sposób zmieniająca się aktywność Słońca wpływa na promienie
Wewnątrz heliosfery układ słoneczny jest częściowo chroniony przed promieniami kosmicznymi. (Walt Feimer / NASA GSFC's Conceptual Image Lab) Voyager 1 ”to jedyny instrument, który ludzkość stworzyła, który zdołał dostać się do ośrodka międzygwiezdnego, tej części, w której znajdujemy się poza wpływem słonecznego pola magnetycznego” - mówi Ilias Cholis, doktor habilitowany na Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa w Maryland.
Podczas gdy Voyager 1 bada promieniowanie kosmiczne poza zasięgiem Słońca, instrumenty takie jak rosyjski satelita Payload for Antimatter Exploration i Light-nuclei Astrophysics (PAMELA) oraz Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) na pokładzie ISS próbkują go z wnętrza Słońca system. Porównanie pomiarów z każdego z tych źródeł pomaga Cholisowi i innym badaczom zrozumieć, w jaki sposób aktywność Słońca zmieniła niebezpieczne promieniowanie w przeszłości i jak może zmodyfikować promieniowanie w przyszłych cyklach słonecznych. Razem te statki kosmiczne i instrumenty zwiększają ilość informacji na temat promieni kosmicznych, co z czasem ulegnie poprawie.
Na przykład Cholis i jego koledzy niedawno wykorzystali nowe dane z Voyagera 1 do zmodyfikowania istniejących wzorów opisujących wpływ pola magnetycznego Słońca na promienie kosmiczne. Wiele promieni kosmicznych pochodzi z supernowych - eksplozja masywnej gwiazdy, która wysyła naładowane cząstki wystrzeliwujące na zewnątrz. W przeciwieństwie do światła z eksplozji, materiał energetyczny nie przemieszcza się w linii prostej, ale odbija się od gazu i pyłu w przestrzeni, co Cholis opisał jako „bardzo zygzakowatą ścieżkę”. Może to utrudnić ustalenie, skąd pochodzą poszczególne promienie kosmiczne, zwłaszcza gdy przechodzą do Układu Słonecznego.
Występując poza wpływem słońca, Cholis i jego koledzy mieli nadzieję lepiej zidentyfikować źródło i właściwości promieni. To nie tylko pomoże im dowiedzieć się więcej o pochodzeniu cząstek energetycznych, ale może również poprawić zrozumienie ich wpływu na ludzi, szczególnie tych podróżujących w kosmosie.
Promieniowanie to „ryzyko, o którym musimy dowiedzieć się więcej w ciągu następnej dekady, abyśmy mogli zrobić odpowiednie działania łagodzące, abyśmy mogli zrobić wszystko, co w naszej mocy, dla astronautów, którzy będą narażać swoje życie na szereg różnych zagrożeń „Mówi Turner. Ale optymalne rozwiązanie może być tym, które na razie wydaje się trudne - jechać szybciej i unikać jak największej ilości promieniowania. Mówi:„ Najlepszym hukiem dla złotówki jest zaawansowany napęd, a nie osłona ”.
