In de enorme leegte van de ruimte dreigen twee vormen van straling astronauten: Kosmische stralen snellen door de melkweg met bijna-lichtsnelheden, terwijl zonneactiviteit een meer ingetogen vorm van straling produceert. Beide zijn een probleem voor ruimtereizigers en veroorzaken aandoeningen variërend van een verminderd gezichtsvermogen tot kanker.
Deze straling is hier op aarde geen probleem dankzij de beschermende atmosfeer van de planeet, die het ergste ervan blokkeert. Maar ingenieurs beschikken nog steeds niet over effectieve methoden om astronauten tegen deze gevaren te beschermen, en dat voegt een extra risiconiveau toe aan reeds risicovolle plannen om mensen tegen 2030 een reis van drie jaar naar Mars te sturen.
"Er kunnen missieniveau-risico's zijn die de missie letterlijk in gevaar brengen - de hele missie, niet alleen de individuele astronauten - als een of meer bemanningsleden arbeidsongeschikt zijn", zegt stralingsdeskundige Ron Turner, een senior wetenschapsadviseur bij NASA's Instituut voor Geavanceerde concepten in Atlanta die risicobeheerstrategieën bestuderen voor menselijke ruimtemissies. "Het is belangrijk dat we die gegevens de komende tien jaar verzamelen, zodat we een prudente planning kunnen maken voor een toekomstige Mars-missie."
De zon werpt voortdurend energetische deeltjes door de zonnewind. En niveaus van deze deeltjes stijgen en dalen tijdens de 22-jarige zonnecyclus van de zon. Zonnestormen kunnen ook enorme klodders geladen deeltjes de ruimte in slingeren, waarbij de 11-jarige piek de meeste activiteit produceert. De krachtige straling kan niet alleen het risico op kanker op de lange termijn vergroten, maar ook onmiddellijke problemen veroorzaken zoals braken, vermoeidheid en problemen met het gezichtsvermogen.
Net als zonneactiviteit kunnen kosmische straling kanker veroorzaken. Deze high-energy, high-speed deeltjes zijn afkomstig van buiten het zonnestelsel en kunnen menselijke cellen ernstig beschadigen. In tegenstelling tot zonnestraling, kunnen kosmische stralen echter ook op de lange termijn degeneratieve effecten veroorzaken, terwijl ze zich nog in de ruimte bevinden, waaronder hartaandoeningen, verminderde immuunsysteemeffectiviteit en neurologische symptomen die lijken op de ziekte van Alzheimer.
Zonder de atmosfeer van de aarde om ze te beschermen, moeten astronauten aan boord van het internationale ruimtestation IS al met deze stralingsgevaren omgaan. Ze kunnen beschutting zoeken in een zwaarder afgeschermd deel van het schip wanneer de zon een bijzonder krachtige uitbarsting van straling afgeeft. Maar het vermijden van de constante, gestage aanval van kosmische straling vormt een grotere uitdaging. En niemand op het ISS moet de volledige stralingsgevaren ervaren die te zien zouden zijn tijdens een driejarige missie naar Mars en terug; de maximale hoeveelheid tijd die iemand op het ruimtestation heeft doorgebracht, is 14 maanden.
Een dikkere romp kan helpen kosmische stralen met een lagere energie te blokkeren, maar krachtige stralen kunnen gemakkelijk passeren, merkt Turner op. Bovendien vermindert de verdubbeling van de nominale dikte van een romp van een ruimteschip de dreiging voor astronauten slechts met ongeveer 10 procent, een aantal dat afhankelijk is van de aard van zowel de stralen als de afscherming. Die extra afscherming voegt ook gewicht toe aan een ruimtevaartuig en beperkt wat kan worden besteed aan benodigdheden voor wetenschap en overleven.
Turner zegt dat de beste manier om het gevaar van kosmische straling te verminderen niet zal komen van afscherming. In plaats daarvan denkt hij dat de oplossing komt door het verminderen van de tijd die astronauten besteden aan reizen van en naar andere werelden. Zodra mensen op Mars aankomen, zal het grootste deel van de planeet een aanzienlijke bescherming bieden, waardoor de hoeveelheid straling die erdoorheen komt effectief wordt gehalveerd. Hoewel de dunne atmosfeer van Mars niet hetzelfde schild biedt als de dikke laag gassen van de aarde, zal het ook de kosmische stralen verminderen die ontdekkingsreizigers op het oppervlak bereiken.
Om te begrijpen hoe kosmische straling menselijke ontdekkingsreizigers zal beïnvloeden, moeten wetenschappers eerst de eigenschappen van het magnetische veld van de zon op een bepaald moment meten. "Hoe beter we de galactische kosmische straling kennen waar we onze astronauten naartoe sturen, hoe beter we missies kunnen plannen en het effect van een missie op de astronauten kunnen begrijpen", zegt Turner. Met die informatie kunnen onderzoekers de effecten van kosmische straling een jaar of twee voorspellen voordat een missie van start gaat, waardoor een betere planning voor specifiek ruimteweer mogelijk wordt. Dat zou hetzelfde zijn als weten of een naderende storm op aarde een orkaan of een onweer was; de informatie kan helpen bij het afstemmen van beschermende maatregelen.
Wetenschappers krijgen nu een beter inzicht in hoe kosmische stralen eruit zien buiten het beschermende schild van de zon door gegevens te gebruiken die zijn verzameld door het ruimtevaartuig Voyager 1, dat het zonnestelsel in 2012 verliet. Dit zou hen moeten helpen beter te begrijpen hoe de veranderende zonneactiviteit de stralen.
In de heliosfeer wordt het zonnestelsel gedeeltelijk beschermd tegen kosmische straling. (Walt Feimer / NASA GSFC's Conceptual Image Lab) Voyager 1 "is het enige instrument dat de mensheid heeft gemaakt dat erin is geslaagd om in het interstellaire medium te komen, het ene deel waar we buiten de invloed van het magnetische zonneveld zijn", zegt Ilias Cholis, een postdoctoraal onderzoeker aan de Johns Hopkins University in Maryland.
Terwijl Voyager 1 de kosmische straling buiten het bereik van de zon onderzoekt, bemonsteren instrumenten zoals de Russische satellietgebaseerde Payload voor antimaterie-exploratie en lichtkernen-astrofysica (PAMELA) en de Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) aan boord van het ISS vanuit de zonne-energie systeem. Het vergelijken van metingen van elk van deze bronnen helpt Cholis en andere onderzoekers om te begrijpen hoe de activiteit van de zon de gevaarlijke straling in het verleden heeft veranderd en hoe het de straling in toekomstige zonnecycli zou kunnen wijzigen. Samen vergroten deze ruimtevaartuigen en instrumenten de hoeveelheid informatie over kosmische straling, en dit zal alleen maar verbeteren naarmate de tijd verstrijkt.
Cholis en zijn collega's hebben bijvoorbeeld onlangs nieuwe gegevens van Voyager 1 gebruikt om bestaande formules te wijzigen die beschrijven hoe het magnetische veld van de zon kosmische straling beïnvloedt. Veel kosmische stralen komen van supernova's - de explosie van een massieve ster die geladen deeltjes naar buiten schiet. In tegenstelling tot licht van de explosie, reist het energetische materiaal niet in een rechte lijn, maar stuitert in plaats daarvan gas en stof af in de ruimte in wat Cholis omschreef als "een zeer zigzagachtig pad." Dat kan het moeilijk maken om te bepalen waar individuele kosmische stralen vandaan komen, vooral als ze het zonnestelsel binnenkomen.
Door buiten de invloed van de zon te stappen, hoopten Cholis en zijn collega's beter de bron en eigenschappen van de stralen te identificeren. Dit zal hen niet alleen helpen meer te weten te komen over waar de energetische deeltjes vandaan komen, maar het kan ook het begrip van hun effecten op mensen verbeteren, vooral die in de ruimte reizen.
Straling is 'een risico waarover we het komende decennium meer moeten weten, zodat we de juiste mitigatie kunnen doen, zodat we het beste kunnen doen voor de astronauten die hun leven in gevaar brengen voor een aantal verschillende bedreigingen, "Zegt Turner. Maar de optimale oplossing is misschien degene die voorlopig moeilijk lijkt - sneller gaan en zoveel mogelijk straling vermijden. Hij zegt:" De beste klap voor de bok is geavanceerde aandrijving, geen afscherming. "
