Niujorko Ročesterio universiteto medicinos centro (URMC) tyrėjų grupė paskelbė savo tyrimų rezultatus. Ilgalaikiai kosmonautai kosmose, pavyzdžiui, skrydžio į Marsą metu, gali sukelti sveikatos problemų dėl galaktikos spinduliuotės. Visų pirma, smegenų degeneracijai ir galbūt net Alzheimerio ligos atsiradimui.
Anksčiau, 2012 m., Panašias išvadas pranešė Rusijos mokslininkai. Kaip laikraštyje „Ploshchad Mira“rašo Natalija Teryajeva, „jei Marso ekspedicijoje skrisite šiuolaikiniu erdvėlaiviu, skrydis truks mažiausiai 500 dienų. Šiuo kosminės misijos laikotarpiu astronautų sveikata gali būti negrįžtamai prarasta.
Tai liudija Rusijos radiobiologų ir fiziologų tyrimų rezultatai, kurie buvo aptarti Jungtiniame branduolinių tyrimų institute (JINR) lankantis Rusijos mokslų akademijos Fiziologijos ir fundamentaliosios medicinos katedros biuro posėdyje.
Mokslininkai didžiausią pavojų mato galaktinėje spinduliuotėje: tai gali atimti iš žmogaus regėjimą ir protą, be kurių nebus galima pasiekti tikslo ar grįžti namo.
Tyrėjų teiginiai apie sunkiųjų jonų pavojų astronautų organizmui nėra spekuliaciniai, jie yra pagrįsti greitintuvo eksperimentų su gyvūnais, atliktų Jungtinio branduolinių tyrimų instituto (LRB JINR) Radiacijos biologijos laboratorijoje, bendradarbiaujant su Rusijos mokslų akademijos Biomedicininių problemų institutu (IMPB RAS), Biochemijos instituto, eksperimentų duomenimis. RAS (IBCh RAS) ir bendradarbiaujant su Amerikos nacionalinės kosmoso agentūros (NASA) biologais.
Sunkieji jonai yra baisesni už protonus
Gilioje erdvėje - už Žemės magnetinio lauko - žmogaus laukia pavojinga kosminė spinduliuotė, sklindanti iš galaktikos gelmių.
Reklaminis vaizdo įrašas:
„Galaktiniai kosminiai spinduliai yra elementariųjų dalelių - lengvųjų ir sunkiųjų jonų - srautai“, - aiškina Michailas Panasyukas, Skobeltsyno branduolinės fizikos tyrimų instituto (SINP MSU) direktorius. - Kosminių spindulių atomai neturi elektronų apvalkalų, iš tikrųjų jie yra „nuogi“branduoliai. To priežastis yra sąveika su materija jų perdavimo Visatoje procese. Dažniausias kosminių spindulių elementas yra vandenilis, o jo jonai yra protonai. Šias daleles pagreitina smūginės bangos - supernovos sprogimų likučiai. Tokios žvaigždės mūsų Galaktikoje sprogsta ne dažniau kaip kartą per 30 - 50 metų.
Galaktikos kosminių spindulių dalelių srautas yra pastovus, skirtingai nuo saulės kosminių spindulių, kurie Saulės raketose susidaro ant Saulės ar tarpplanetinėje terpėje. Dėl to bendras saulės kosminių spindulių indėlis per ilgą laiką yra nereikšmingas. Tačiau Saulės raketų metu (kelias valandas, dienas) saulės kosminių spindulių srautas gali viršyti galaktinių kosminių spindulių srautą. Be to, saulės kosminių spindulių dalelių energijos, kaip taisyklė, yra mažesnės nei galaktinių kosminių spindulių dalelių. Taip pat yra ekstragalaktinių kosminių spindulių, patenkančių į mūsų Galaktiką iš kitų galaktikų. Jų energija yra didesnė nei galaktikos kosminių spindulių, tačiau srautų yra daug mažiau. Kosminiai spinduliai turi didžiulį energijos diapazoną: nuo 106 (1 MeV) iki 1021 eV (1 ZeV)."
Kosmoso tyrimų palydovuose sumontuoti energijos ir masės spektrometrai fiksavo kosminių spindulių sudėtį. Paaiškėjo, kad šiek tiek mažiau nei vienas procentas visų galaktikos spinduliuotės dalelių yra sunkieji jonai, kurių energija yra 300 - 500 MeV / nukleonas - sunkiųjų cheminių elementų branduoliai. Galaktikos spinduliuotės lengvųjų ir sunkiųjų jonų dalyje yra dauguma anglies, deguonies ir geležies jonų - šių stabilių elementų žvaigždžių šerdys susidaro dėl žvaigždžių evoliucijos.
Kosminių palydovų matavimų rezultatai buvo pagrindas tolesniems modelio skaičiavimams, kurie parodė, kad už Žemės magnetosferos per kvadratinį centimetrą ploto per metus iškrenta apie 105 sunkiųjų jonų ir apie 160 dalelių, kurių krūvis Z yra didesnis nei 20. Tai reiškia, kad skrydžio į Marsą kiekvieną dieną tik vienas jų skaičius kris į kosmonauto kūno paviršiaus kvadratinį centimetrą.
Kosminiai sunkieji jonai yra tokie energingi, kad kosminėje erdvėje „pramuša“modernaus erdvėlaivio odą, tarsi patrankų sviediniai, bombarduojantys švelnų šilką. JINR Radiacinės biologijos laboratorijos mokslininkai išsiaiškino, kaip tai gali pakenkti Žemės pasiuntinių sveikatai ilgoje kelionėje.
Į Marsą - liečiant?
„Mums pavyko išsiaiškinti, kodėl tos pačios skirtingų spindulių (sunkiųjų jonų srauto, neutronų, gama spinduliuotės) dozės daro skirtingą poveikį gyvoms ląstelėms“, - sako Evgenijus Krasavinas, LRB JINR direktorius, RAS narys korespondentas. - Paaiškėjo, kad skirtingų spindulių veikimo efektyvumo skirtumai siejami tiek su fizinėmis radiacijos savybėmis, tiek su pačios gyvos ląstelės biologinėmis savybėmis - jos galimybe atitaisyti DNR pažeidimus po švitinimo. Eksperimentuodami su sunkiųjų jonų greitintuvais, mes nustatėme, kad sunkiausi DNR pažeidimai atsiranda esant sunkiųjų jonų poveikiui. Skirtumą tarp rentgeno spindulių (fotonų pluošto) ir sunkiųjų jonų pluošto poveikio galima įsivaizduoti taip: šaudyti mažą šūvį iš ginklo į sieną yra rentgeno spindulių žala,šaudyti patrankos sviedinį prie tos pačios sienos yra vieno sunkaus jono sunaikinimas. Sunkios dalelės, turinčios didelę masę, praranda daug daugiau energijos per nuvažiuoto atstumo vienetą nei lengvesnės. Štai kodėl, eidamas per ląstelę, sunkusis jonas savo kelyje sukelia didžiulį sunaikinimą. Kai sunkioji dalelė praeina per ląstelės branduolį, susidaro „klasterio tipo“pažeidimas su daugeliu cheminių ryšių pertraukų DNR fragmente. Jie sukelia įvairių rūšių sunkius chromosomų pažeidimus ląstelių branduoliuose “. Kai sunkioji dalelė praeina per ląstelės branduolį, susidaro „klasterio tipo“pažeidimas su daugeliu cheminių ryšių pertraukų DNR fragmente. Jie sukelia įvairių rūšių sunkius chromosomų pažeidimus ląstelių branduoliuose “. Kai sunkioji dalelė praeina per ląstelės branduolį, susidaro „klasterio tipo“pažeidimas su daugeliu cheminių ryšių pertraukų DNR fragmente. Jie sukelia įvairių rūšių sunkius chromosomų pažeidimus ląstelių branduoliuose “.
Be to, mokslininkų samprotavimų logika buvo tokia. Vandenilio jonai (protonai), kurių energija yra 200 - 300 MeV / nukleonas, prieš visišką lėtėjimą turi laiko bėgti 11 cm ilgio taku vandenyje. Žmogaus kūne yra 90% vandens. Ekstrapoliuojant šį rezultatą į gyvą žmogaus kūną, gauname išvadą: net ir jų kelyje esantys šviesos jonai gali pakenkti tūkstančiams mūsų kūno ląstelių. Jei sunkiųjų jonų įkrova viršija 20, reikėtų tikėtis dar apgailėtino sveikatos rezultato.
Kokiems žmogaus organams gali pakenkti sunkiausi galaktikos jonai ir pavojingiausi gyvybei?
- Jei galvojate apie aktyviai besidauginančius - greitai atsinaujinančius - kūno audinius, tokius kaip kraujas ar oda, tada jų žala dėl natūralių savybių greitai atsistatys, - aiškina LRB JINR direktorius Jevgenijus Krasavinas. - Bet ant statiškų audinių - centrinės nervų sistemos, akių, kurie neturi natūralių galimybių greitai atitaisyti pažeidimus, nuolatinis sunkiųjų jonų srautas turės daugiasluoksnį kenksmingą poveikį, sukeliantį reguliarią ląstelių mirtį. Tačiau centrinė nervų sistema ir akis yra mūsų kūno kontroliniai „lustai“.
Eksperimentuose su gyvūnais Dubnoje radiobiologų grupė, kuriai vadovavo Rusijos mokslų akademijos akademikas Michailas Ostrovsky, tyrė sunkiųjų jonų poveikio mechanizmus akies struktūroms - lęšiukui, tinklainei ir ragenai. JINR greitintuvuose pelės ir jų lęšio kristalinų (baltymų) tirpalai buvo apšvitinti 100-200 MeV protonų pluoštais.
"Žmonių ir stuburinių kristalinį lęšį 90% sudaro alfa-, beta- ir gama-kristalinai", - sakė akademikas Ostrovskis savo kalboje lankydamasis Rusijos mokslų akademijos Fizinės matematikos ir mechanikos katedros biure. - Šių baltymų kiekis lęšiuke yra maždaug vienodas, tačiau jie labai skiriasi savo struktūra ir molekuline mase. Veikiant ultravioletinei spinduliuotei ar spinduliuotei, gali atsirasti kristalinių junginių - lęšyje atsiranda nepermatomų skaidulų. Dėl agregacijos susidaro dideli šviesą skleidžiantys konglomeratai, kurie lemia objektyvo drumstumą, tai yra, kataraktos išsivystymą. Praėjus pro akies lęšiuką, po kurio laiko net pavieniai sunkūs jonai gali tapti drumsti.
Grįžti į Žemę kaip „Homo sapiens“
Mažiausiai visų radiobiologų tyrė žalingų sunkiųjų jonų poveikį centrinei nervų sistemai. Pasak NASA ekspertų, Marso misijos metu nuo 2 iki 13 procentų nervinių ląstelių bus kertama bent vienu geležies jonu. Kiekvienos kūno ląstelės branduolį kas tris dienas praskris po vieną protoną. Todėl kyla rimtas negrįžtamų laivo įgulos elgesio pažeidimų pavojus. Tai kelia pavojų visai misijai. Smegenys yra labai subtilus instrumentas, o sutrikus mažoms jų dalims, gali prarasti viso kūno funkcionavimą, kaip yra žmonėms, patyrusiems insultą, arba tiems, kurie serga Alzheimerio liga.
NASA kosminės spinduliuotės laboratorijoje Brukhavenyje, naudojant geležies jonų pluoštą, pagreitintą iki 1 GeV / nukleono energijos, ant Brookhaveno nacionalinės laboratorijos RHIC kolektoriaus sunkiųjų jonų išankstinio greitintuvo buvo imituota galaktikos spinduliuotė. Žiurkių eksperimentas buvo vadinamas „pažinimo testu“. Mažas kietas plotas buvo įdėtas į apvalų baseiną po plonu nepermatomo vandens sluoksniu. Laboratorinės žiurkės, pirmiausia sveikos, o paskui apšvitintos geležies jonų pluoštais, buvo paleistos į šį baseiną ir stebėjo, kaip greitai gyvūnai gali rasti šią vietą ir užlipti ant jos. Sveikos žiurkės greitai rado vietą ir nuėjo link jos trumpiausiu keliu. Apšvitinimas sunkiaisiais jonais smarkiai pakeitė gyvūnų pažinimo funkcijas (mokymosi gebėjimus). Praėjus mėnesiui po švitinimo, žiurkės elgesys smarkiai pasikeitė. Ji suklupoilgą laiką ji sukosi aplink baseiną, kol beveik netyčia spėjo pajusti tvirtą žemę po kojomis. Gyvūno mąstymo gebėjimai buvo labai sutrikę. Toks poveikis nebuvo pastebėtas, kai žiurkės buvo apšvitintos rentgeno spinduliais ir gama spinduliuote.
Mokslininkai mano, kad norint parodyti galimas žmogaus kūno apšvitinimo sunkiaisiais jonais pasekmes, reikia priminti kosminio pavojaus primatams modelį. Nepaisant to, graužikų atskleista žala, atsirandanti dėl sunkiųjų jonų galaktikos spinduliuotės, yra pakankamai įtikinanti apie tai negalvoti, kai planuojate siųsti žmones ilgam skrydžiui į Marsą.
Kaip išvengti bėdų
Iš to, ką šiandien žino fizikai ir biologai, darytina išvada, kad daugiau nei metus trukusios kelionės į Marsą metu astronautų radiacijos žalos pavojus negali būti sumažintas iki nulio. Metodai šiai rizikai sumažinti iki šiol egzistuoja idėjų pavidalu.
Pirmoji idėja: planuoti skrydį į Marsą maksimalaus saulės ciklo metu. Šiuo metu galaktikos kosminių spindulių srautas bus mažesnis dėl to, kad tarpplanetinis Saulės sistemos magnetinis laukas sulenks galaktikos kosminių spindulių trajektorijas, siekdamas sumažinti jų dalelių intensyvumą ir „šluoti“daleles, kurių energija yra mažesnė nei 400 MeV / nukleonas iš Saulės sistemos.
Antroji idėja - patikimai apsaugant laivą, žymiai sumažinti galaktikos spinduliuotės spinduliuotės dozę ir laivo konstrukcijoje numatyti specialų skyrių-pastogę, galingesnę apsaugą nuo galingų nenuspėjamo saulės vėjo srautų. Jau kuriamos naujos apsauginių medžiagų rūšys, kurios taptų efektyvesnės už šiuo metu naudojamą aliuminį, pavyzdžiui, vandenilio turinčius plastikus, tokius kaip polietilenas. Su jų pagalba galima sukurti apsaugą, kuri 7 cm storio spinduliuotės dozę galėtų sumažinti 30 - 35%. Tiesa, to nepakanka, mokslininkų manymu, reikia padidinti apsauginio sluoksnio storį. Ir jei tai neveikia, tada žymiai sumažinkite skrydžio trukmę - tarkime, bent iki 100 dienų. Šimtas dienų yra kol kas tik intuityviai pateisinama figūra. Bet kokiu atveju reikia skristi greičiau.
Trečia mintis: aprūpinti Marso erdvėlaivio pilotus veiksmingais vaistais nuo radiacijos, kurie galėtų žymiai sustiprinti ryšius tarp DNR baltymų, sumažindami jų pažeidžiamumą sunkiu jonų bombardavimu.
Ketvirtoji idėja: sukurti erdvėlaivį dirbtinį magnetinį lauką, panašų į žemės magnetinį lauką. Yra suprojektuoto toroidinio magneto projektas, kurio viduje ir išorėje laukas artėja prie nulio, kad nepakenktų astronautų sveikatai. Galingas tokio magneto laukas turėtų nukreipti didelę kosminių protonų ir branduolių dalį iš erdvėlaivio ir 3 - 4 kartus sumažinti radiacijos dozę ekspedicijos į Marsą metu. Tokio magneto prototipas jau sukurtas ir bus naudojamas eksperimente tiriant kosminius spindulius Tarptautinėje kosminėje stotyje.
Kol rado Marso įgulos apsaugos idėjos nerado savo įsikūnijimo, radiobiologai sako, kad yra tik viena išeitis: atlikti išsamius radiobiologinius tyrimus sausumos sąlygomis sunkiųjų jonų greitintuvais, kurie žemės sąlygomis imituos žalingą didelės galios sunkiųjų branduolių, sklindančių iš galaktikos gelmių, poveikį. Tarp tokių unikalių greitintuvų yra JINR aukštos energijos fizikos laboratorijos „Nuclotron“ir jos pagrindu kuriamas NICA susidūrimo kompleksas. Mokslininkai labai tikisi šių įrenginių galimybių.
O jei skubame skristi į Marsą, tai laikas arba pastatyti greitesnius erdvėlaivius, arba kol kas svajones apie pilotuojamus skrydžius palikti gilumoje. Leiskite robotams kol kas keliauti.