Rymdstrålning stannar oss tyst från att skicka människor till Mars

Inblandbara faror hotar mänskliga astronauter som reser in i djupt utrymme. Några av dessa, som asteroider, är uppenbara och undvikbara med något anständigt LIDAR. Andra är inte. På toppen av den inte så mycket listan är rymdstrålning, är det någonting NASA som nu är berett att skydda upptäcktsresande från att föra dem till Mars. Strålmiljön bortom magnetosfären bidrar inte till livet, vilket innebär att de skickar astronauterna där ute, utan skydd motsvarar att skicka dem till deras döm.

Medan vi har skickat astronauter till rymden i över ett halvt sekel nu, har de allra flesta av dessa uppdrag varit begränsade till att resa till låga jordbanor - mellan 99 och 1200 mil i höjd. Jordens magnetfält - som sträcker sig tusentals mil i rymden - skyddar planeten från att drabbas av hög-energi solpartiklar som reser över en miljon miles per timme.

Det finns tre stora källor till rymdstrålning, och de utgör alla en viss risk som inte alltid kan förväntas eller skyddas mot. Den första är instängd strålning. Vissa partiklar blir inte avböjda av jordens magnetfält. I stället är de fångade i en av de stora två magnetiska ringarna som omger jorden, och ackumuleras tillsammans som en del av Van Allens strålningsband. NASA har bara haft att strida mot Van Allen-bälten under Apollo-uppdrag.

Den andra källan är galaktisk kosmisk strålning, eller GCR, som kommer från utsidan av solsystemet. Dessa joniserade atomer reser i grunden ljusets hastighet, även om jordens magnetfält också kan skydda planeten och objekt i låg jordbana från GCR.

Den sista källan är från solpartikelhändelser, som är stora injektioner energiska partiklar som produceras av solen. Det är en skillnad mellan solens vindar som normalt utsöndras av solen, vilket tar ungefär en dag att komma till jorden, och dessa högre intensitetshändelser som slår oss inom 10 minuter. Förutom att producera en potentiellt dödlig strålning för astronauter, kan SPE ibland vara vild oförutsägbar, vilket gör det svårt för NASA-forskare och ingenjörer att utveckla skyddsåtgärder mot dem.

NASA undersöker rymdstrålning hur arbetsgivare bestämmer acceptabla risker för sina anställda - de kommer inte att utsätta astronauterna för en yrkesrisk att utveckla cancer över ett visst tröskelvärde. För att utveckla denna bedömning ser NASA in en massa olika faktorer, varifrån ett besättning kommer att gå, hur långt från solen kommer de att vara, hur solcykeln kommer att se ut under den tiden till vilken typ av ett fartyg och skydda de " re arbetar med. En grupp biologer studerar vad de fysiologiska effekterna kan vara på en given resa och använder datormodeller för att spyta ut arbetsriskbedömningar.

För NASA innebär acceptabel risk en risk för cancer med tre procent överlevnadstid.

Men mildrande cancerrisk är inte det enda problemet. Det vanligaste problemet är illamående - inte så illa om du befinner dig i ett rymdfarkoster med barfväskor i närheten, men ganska farligt om du är ute på en rymdgång och allt du har är en rymdfärg för att fånga din kräkningar. Ett immunsystem kan också ta en träff i några dagar eller veckor, och att fånga en infektion där ute i alla döda är ingen bueno.

Just nu är det största som vi har för att skydda astronauterna från rymdstrålning - särskilt GCR - materialskyddande. Det fungerar ganska bra, men vi vet inte hur tjock skärmen behöver vara på ett Mars-bunden fartyg. Alltför tjockt, och det är kostöverskott att få skeppet ut i rymden, än mindre i stratosfären. För smal och besättningen lider. Faktum är att tunna sköldar faktiskt kan resultera i en ökad mängd sekundär strålning. Därför har aluminium varit det material som valts - det är robust nog för att bryta kosmiska strålpartiklar från varandra, men tillräckligt lätta att rymdfarkoster reser effektivt med.

Men NASA har skickat astronauter till månen och tillbaka - genom Van Allens bälten, inte mindre - och ingen dog. Betydar det inte att vi redan har fått hela kosmiska strålningen att räkna ut?

Inte riktigt. Effekterna av rymdstrålning är beroende av exponering - ju längre du är ute i rymden, desto mer riskerar du. Apollo-uppdrag tog cirka tre dagar för att komma till månen. Besättningen för Apollo 11 var hemma åtta dagar efter liftoff. Tidsramen för Mars-uppdrag är på en skala av år. "Det finns två olika klasser av Mars-uppdrag", säger Gregory Nelson, en forskare vid Loma Linda University som specialiserar sig på fysiologiska effekter av rymdstrålning. "En av dem kommer att komma dit snabbare så att du kan stanna längre på Mars-ytan. Jag tror att det är 500 dagar och du kommer tillbaka snabbt. I den andra versionen är du borta som 900 dagar. "Nelson säger att ett besättning som kommer till Mars skulle förmodligen bli utsatt för ungefär en grå strålning - över 277 gånger dosen av det normala årets strålningsexponering på jorden.

Riskerna med att utveckla cancer eller utsättas för en dödlig mängd strålning stiger exponentiellt i den tidsramen. Enkel aluminiumskärmning kommer inte att skära den. Det finns några framväxande tekniker som forskare studerar och tester som kan vara till hjälp, dock.

En är ett begrepp som kallas "aktiv avskärmning" där du skapar ett artificiellt magnetfält genom superledande magneter. Tyvärr, som Nelson säger, behövde dessa tekniker alltför mycket kraft. "Du måste flyga ett helt annat rymdfartyg och strömförsörjning för att få det att fungera," säger han. Det finns forskare som tittar på att generera mindre fält för att skydda individer eller markfordon. Men enligt Nelson är aktiv avskärmning "okunnig".

"Problemet, säger han," är partiklarna i alla riktningar samtidigt, så det är inte som att lägga ut handen och blockera din syn på solen kommer att vara tillräckligt."

En annan idé är att faktiskt ingripa på den biologiska nivån själv. En idé som nu studeras och testas är användningen av antioxidanter i stora koncentrationer som kan administreras efter en dålig solupplevelse. Nelson citerar studier för att utnyttja E-vitaminföreningar, eller näringsämnen som finns i blåbär, jordgubbar eller rött vin. Dorit Donoviel, biträdande chefforskare vid National Space Biomedical Research Institute, arbetar med något liknande genom att identifiera potentiella föreningar som kan förebygga lokal tumörbildning på grund av specifika strålningshändelser, genom kliniska prövningar på cancerpatienter i senstadiet.

Tyvärr är de flesta av dessa studier beroende av musmodeller eller människor som inte representerar den hälsosamma, fysiska kroppen som definierar nästan alla astronauter. Sammantaget anser Nelson att dessa metoder är så långt ineffektiva på grund av de höga mängder laddade partiklar som finns i kosmisk strålning. Detta förblindas av det faktum att biologiska ingrepp kan skapa hemska biverkningar - och du vill hålla astronauterna från att behöva injicera något hemskt i sina kroppar varje vecka.

Både Nelson och Donoviel upprepar att för närvarande NASA inte kan skicka människor till Mars och fortfarande hålla sig konfidentiellt i en tre procent risk för att utveckla cancer senare i livet. Det betyder verkligen inte att forskningen kommer att sluta - men om byrået avser att lägga stövlar på den röda planeten i slutet av 2030-talet, har de mycket mer arbete att göra för att lösa rymdstrålningspusetet.