Afbeelding tegoed: NASA
NASA heeft een mysterie om op te lossen: kunnen mensen naar Mars gaan of niet?
"Het is een kwestie van straling", zegt Frank Cucinotta van NASA's Space Radiation Health Project in het Johnson Space Center. "We weten hoeveel straling er op ons wacht tussen de aarde en Mars, maar we weten niet zeker hoe het menselijk lichaam erop gaat reageren."
NASA-astronauten zijn al 45 jaar in de ruimte, af en aan. Afgezien van een paar snelle reizen naar de maan, hebben ze echter nooit veel tijd ver van de aarde doorgebracht. Diepe ruimte is gevuld met protonen van zonnevlammen, gammastraling van pasgeboren zwarte gaten en kosmische straling van exploderende sterren. Een lange reis naar Mars, zonder grote planeet in de buurt om die straling te blokkeren of af te weren, wordt een nieuw avontuur.
NASA weegt stralingsgevaar in eenheden van kankerrisico. Een gezonde 40-jarige niet-rokende Amerikaanse man heeft een (maar liefst) 20% kans om uiteindelijk te overlijden aan kanker. Dat is als hij op aarde blijft. Als hij naar Mars reist, neemt het risico toe.
De vraag is hoeveel?
'We weten het niet zeker', zegt Cucinotta. Volgens een studie uit 2001 van mensen die zijn blootgesteld aan hoge doses straling, bijvoorbeeld overlevenden van de atoombom van Hiroshima en, ironisch genoeg, kankerpatiënten die radiotherapie hebben ondergaan, ligt het extra risico van een 1000-daagse Mars-missie ergens tussen 1% en 19% . "Het meest waarschijnlijke antwoord is 3,4%", zegt Cucinotta, "maar de foutbalken zijn breed."
De kansen zijn nog erger voor vrouwen, voegt hij eraan toe. 'Vanwege borsten en eierstokken is het risico voor vrouwelijke astronauten bijna het dubbele voor mannen.'
Onderzoekers die het onderzoek deden, gingen ervan uit dat het Mars-schip zou worden gebouwd "grotendeels uit aluminium, zoals een oude Apollo-commandomodule", zegt Cucinotta. De huid van het ruimteschip absorbeert ongeveer de helft van de straling die erop valt.
'Als het extra risico maar een paar procent is? we zijn ok. We zouden met aluminium een ruimteschip kunnen bouwen en naar Mars kunnen gaan. ' (Aluminium is een favoriet materiaal voor de constructie van ruimteschepen, omdat het lichtgewicht, sterk en vertrouwd is voor ingenieurs die al tientallen jaren in de ruimtevaartindustrie werken.)
"Maar als het 19% is? onze 40iets astronaut zou een kans van 20% + 19% = 39% krijgen om levensbedreigende kanker te ontwikkelen nadat hij naar de aarde is teruggekeerd. Dat is niet acceptabel. "
De foutbalken zijn groot, zegt Cucinotta, om een goede reden. Ruimtestraling is een unieke mix van gammastraling, hoogenergetische protonen en kosmische straling. Atoombomontploffingen en kankerbehandelingen, de basis van veel onderzoeken, zijn geen vervanging voor het 'echte'.
De grootste bedreiging voor astronauten op weg naar Mars zijn galactische kosmische straling - kortweg 'GCR's'. Dit zijn deeltjes versneld tot bijna lichte snelheid door supernova-explosies op afstand. De gevaarlijkste GCR's zijn zware geïoniseerde kernen zoals Fe + 26. "Ze zijn veel energieker (miljoenen MeV) dan typische protonen die worden versneld door zonnevlammen (tientallen tot honderden MeV)", merkt Cucinotta op. GCR's lopen door de huid van ruimteschepen en mensen houden van kleine kanonskogels, die de strengen van DNA-moleculen breken, genen beschadigen en cellen doden.
Astronauten hebben zelden een volledige dosis van deze deep space-GCR's meegemaakt. Overweeg het International Space Station (ISS): het draait slechts 400 km boven het aardoppervlak. Het lichaam van onze planeet, dat groot opdoemt, onderschept ongeveer een derde van de GCR's voordat ze het ISS bereiken. Nog een derde wordt afgebogen door het magnetische veld van de aarde. Space shuttle-astronauten genieten van soortgelijke kortingen.
Apollo-astronauten die naar de maan reisden, namen hogere doses op - ongeveer driemaal het ISS-niveau - maar slechts een paar dagen tijdens de aarde-maancruise. GCR's hebben mogelijk hun ogen beschadigd, merkt Cucinotta op. Op weg naar de maan meldden Apollo-bemanningen dat ze kosmische straalflitsen in hun netvlies zagen, en nu, vele jaren later, hebben sommigen staar ontwikkeld. Anders lijken ze niet veel te hebben geleden. "Een paar dagen‘ daarbuiten ’is waarschijnlijk veilig ', besluit Cucinotta.
Maar astronauten die naar Mars reizen, zullen een jaar of langer 'daarbuiten' zijn. "We kunnen nog niet betrouwbaar inschatten wat kosmische straling met ons zal doen als we zo lang worden blootgesteld", zegt hij.
Uitzoeken is de missie van NASA's nieuwe Space Radiation Laboratory (NSRL), gevestigd aan het Brookhaven National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy in New York. Het werd geopend in oktober 2003. "Bij de NSRL hebben we deeltjesversnellers die kosmische straling kunnen simuleren", legt Cucinotta uit. Onderzoekers stellen zoogdiercellen en weefsels bloot aan de deeltjesbundels en onderzoeken vervolgens de schade. "Het doel is om de onzekerheid in onze risicoschattingen tegen 2015 terug te brengen tot slechts een paar procent."
Zodra de risico's bekend zijn, kan NASA beslissen wat voor soort ruimteschip er moet worden gebouwd. Het is mogelijk dat gewone bouwmaterialen zoals aluminium goed genoeg zijn. Zo niet, "hebben we al een aantal alternatieven geïdentificeerd", zegt hij.
Wat dacht je van een ruimteschip gemaakt van plastic?
"Kunststoffen zijn rijk aan waterstof, een element dat kosmische straling goed absorbeert", legt Cucinotta uit. Zo absorbeert polyethyleen, hetzelfde materiaal waarvan vuilniszakken zijn gemaakt, 20% meer kosmische straling dan aluminium. Een vorm van versterkt polyethyleen ontwikkeld in het Marshall Space Flight Center is 10 keer sterker dan aluminium en ook lichter. Dit kan een materiaal bij uitstek worden voor het bouwen van ruimteschepen, als het goedkoop genoeg kan worden gemaakt. "Zelfs als we niet het hele ruimtevaartuig van plastic bouwen," merkt Cucinotta op, "kunnen we het nog steeds gebruiken om belangrijke gebieden zoals bemanningsverblijven af te schermen." Dit gebeurt inderdaad al aan boord van het ISS.
Als plastic niet goed genoeg is, is misschien pure waterstof nodig. Pond voor pond, vloeibare waterstof blokkeert kosmische straling 2,5 keer beter dan aluminium. Sommige geavanceerde ontwerpen van ruimtevaartuigen vragen om grote tanks met vloeibare waterstofbrandstof, dus "we kunnen de bemanning beschermen tegen straling door de brandstoftank om hun leefruimte te wikkelen", speculeert Cucinotta.
Kunnen mensen naar Mars gaan? Cucinotta denkt van wel. Maar eerst: "we moeten uitzoeken hoeveel straling ons lichaam aankan en wat voor soort ruimteschip we moeten bouwen." In laboratoria in het hele land is het werk al begonnen.
Oorspronkelijke bron: NASA Science Story
