В проектах по отправке людей на Марс исследователям приходится решать ряд проблем. Одна из них – угроза вредных излучений для колонистов, как в космосе, так и на поверхности красной планеты.
С Земли космос кажется пустым пространством, но это пространство изобилует невидимыми человеческому глазу частицами, движущимися со скоростью света, и представляющими угрозу для незащищенного человеческого организма, как маленькие пули.
Проблема устранения угроз, связанных с космическим излучением, становится все более актуальной: SpaceX для решения этой задачи предлагает использовать воду в конструкции ракеты – для блокировки излучения, хотя бы только во время чрезвычайных ситуаций. Проект NASA предполагает создать аванпост на красной планете, и в прошлом году подписали контракт на испытание нового радиационно-блокирующего жилета на основе полимера, для астронавтов. Устройство называется AstroRad и его испытания планируются в следующей миссии на Луну.
Сколько излучения получит космонавт за год
Схема ниже показывает количество излучения, которому человек будет подвергаться в течение 360 дней в космосе на пути к Марсу и обратно (662 квадрата). Схема создана с использованием данных, предоставленных NASA, EPA, FDA, NRC, научных журналов и других источников.
1 квадрат показывает 1 миллизиверт (mSv), единицу радиационного воздействия
Первые марсианские исследователи могут получить примерно в восемь раз больше радиации в год, чем принято за ежегодную норму облучения астронавта. В общей сложности космические путешественники получат по пути около одной трети максимального срока экспозиции астронавта NASA.
Чем опасно космическое излучение
Космические излучения – это потоки заряженных частиц с высокой проникающей способностью. Частица проникают глубоко в клетки организма и создают вторичное излучение, способствующее клеточным мутациям, приводящим к хроническим заболеваниям.
Магнитное поле и атмосфера Земли защищают людей, отклоняя и поглощая большую часть этой энергии.
Частота радиационного облучения на поверхности Земли от 100 до 1000 раз меньше, чем в пространстве за атмосферой.
Основной риск при получении высокой дозы облучения – заболеть раком, но есть немало и других патологий: излучение может способствовать развитию катаракты и ухудшению зрения. Даже работники авиации сталкиваются с этим риском при постоянных полетах на большой высоте.
Эксперименты также показывают, что радиация может повредить нервную систему, включая ткани и структуры мозга, что может нанести ущерб когнитивным способностям космонавтов, что повлияет на выполнение миссии.
Борьба с космическим излучением
Чем толще и тяжелее защита между человеком и космическим пространством, тем лучше. Около 20 сантиметров воды могут задержать потоки космических частиц. Но вода плотная и ее использование в космосе дорого обходится.
Потенциальное использование NASA жилетов AstroRad и защита Маска от солнечной бури – отправная точка исследований по защите колонистов Марса.
Одно из решений для миссии колонизации Марса – использовать Фобос, спутник планеты. Фобос, вероятно, содержит большую массу водяного льда под корой, и зонды на поверхности и под корой этой марсианской луны могут нагревать и растапливать лед, накачивая воду в эластичные ячейки, окружающие космический корабль, что защитит экипаж от радиации.
Также предложены более радикальные решения для защиты от излучения. Кристофер Мейсон, генетик и биомедицинский исследователь, предлагает создать трансгенных людей в рамках 10-фазного «плана на 500 лет» для колонизации планеты. Его концепция заключается в использовании технологии, такой, как CRISPR, для редактирования генома космического летчика, чтобы исключить риск развития онкологических заболеваний и других патологий.
«Идея рассматривается, но в настоящее время мы не знаем механизмов ее реализации», – говорит Эдвард Симонс (около 1000 генов, по оценкам, участвуют в развитии только рака).
Также колонисты могут попытаться терраформировать Марс, то есть изменить климат на его поверхности.
Замороженный диоксид углерода на марсианских полюсах можно превращать в парниковые газы, чтобы создать атмосферу, поглощающую излучение, которая будет изолировать поверхность. Затем растения могли бы выделять кислород, и в течение сотен лет температура поднялась бы настолько, что растаяли бы запасы водяного льда на планете и на Марсе появились бы реки. Однажды это могло бы даже позволить проводить экскурсии без скафандров.
Исследователи NASA также предлагают создать искусственный магнитный щит для Марса, для защиты гипотетической зарождающейся атмосферы от солнечного протонного излучения. Это может показаться странным, но уже ведутся исследования, чтобы выяснить, может ли искусственная магнитосфера защитить людей и аппаратуру. Если бы это можно было сделать в течение человеческой жизни, то колонизация Марса была бы не за горами.
Аналитическая группа редакции Qvant