پیش از سفر به مریخ، به محافظتی بهتر در برابر پرتوهای کیهانی نیاز داریم
بدون محافظت زمین، مسافران فضایی بهطور معمول در معرض این پرتوها قرار میگیرند.
اولین قدم روی ماه یکی از دستاوردهای هیجانانگیز بشر بود. اکنون دانشمندان در حال برنامهریزی برای سفرهای بازگشتیاند – و بهسوی مریخ رؤیایی دارند.
در نهایت، سفر به مریخ برای دههٔ ۲۰۳۰ برنامهریزی شده است. اما تهدیدی نامرئی در مسیر وجود دارد: پرتوهای کیهانی.
وقتی به آسمان شب نگاه میکنیم، ستارهها و سیارات نزدیک را میبینیم. اگر خوششانس باشیم و در مکانی بدون آلودگی نور زندگی کنیم، ممکن است شهابسنگهایی را ببینیم که از آسمان میلغزند. اما پرتوهای کیهانی – که شامل پروتونها، هستههای هلیوم، یونهای سنگین و الکترونها میشوند – مخفی میمانند. آنها از ستارگان منفجرشونده (پرتوهای کیهانی کهکشانی) و خود خورشید (رویدادهای ذرهای خورشیدی) بهسوی ما سرازیر میشوند.
آنها تبعیض قائل نمیشوند. این ذرات آنقدر انرژی دارند و بهسرعتی حرکت میکنند که میتوانند الکترونها را از اتمها بیرون بزنند و ساختارهای مولکولی هر مادهای را در هم بشکنند. به همین دلیل، میتوانند هر چیزی را که در مسیرشان قرار میگیرد، از جمله ماشینها و انسانها، آسیب بزنند.
میدان مغناطیسی و جو زمین ما را از بخش عمدهای این خطر محافظت میکنند. اما خارج از این حفاظت، فضانوردان بهصورت مستمر در معرض این پرتوها قرار میگیرند. در فضاهای عمیق، پرتوهای کیهانی میتوانند رشتههای DNA را شکسته، پروتئینها را مختل کرده و سایر اجزای سلولی را آسیب دهند، که این امر خطر ابتلا به بیماریهای جدی مانند سرطان را افزایش میدهد.
چالش تحقیقاتی واضح است: سنجش تأثیر پرتوهای کیهانی بر موجودات زنده، سپس طراحی راهبردهایی برای کاهش آسیبهای ناشی از آنها.
در حالت ایدهآل، دانشمندان این اثرات را با ارسال بافتها، ارگانوئیدها (ساختارهای مصنوعی شبیه به اندام) یا حیوانات آزمایشگاهی (مانند موش) مستقیماً به فضا مطالعه میکردند. این کار انجام میشود، اما هزینهبر و دشوار است. رویکردی عملیتر این است که پرتوهای کیهانی را بر روی زمین با استفاده از شتابدهندههای ذرات شبیهسازی کنیم.
شبیهسازهای پرتوهای کیهانی در ایالات متحده و آلمان بافتها، گیاهان و حیوانات را به ترتیب در معرض اجزای مختلف پرتوهای کیهانی قرار میدهند. یک مرکز شتابدهنده بینالمللی جدید که در آلمان در حال ساخت است، به انرژیهای بالاتری خواهد رسید و سطوحی را بازتولید میکند که در فضا وجود دارند و هرگز بر روی موجودات زنده تست نشدهاند.
زرهٔ طبیعت
به همین دلیل، دانشمندان در حال بررسی استراتژیهای زیستی هستند. یک رویکرد استفاده از آنتیاکسیدانهاست. این مولکولها میتوانند DNA را در برابر مواد شیمیایی مضر تولید شده هنگام برخورد پرتوهای کیهانی با سلولهای زنده محافظت کنند.
تأمین CDDO‑EA، یک آنتیاکسیدان مصنوعی، باعث کاهش آسیبهای شناختی ناشی از تابش شبیهسازیشده پرتوهای کیهانی در موشهای ماده میشود. در این مطالعه، موشهایی که در معرض تابش شبیهسازیشده پرتوهای کیهانی قرار گرفته بودند، نسبت به موشهای غیر معرض، وظیفه سادهای را با سرعت کمتری یاد گرفتهاند. اما موشهایی که آنتیاکسیدان مصنوعی دریافت کرده بودند، علیرغم معرض بودن به تابش شبیهسازیشده، بهطور معمول عملکرد نشان دادند.
یک رویکرد دیگر بهرهگیری از موجوداتی است که تواناییهای فوقالعادهای دارند. موجودات خوابزمستانی در طول خواب زمستانی در برابر اشعه مقاومت بیشتری پیدا میکنند. مکانیزمهای این حفاظت هنوز بهطور کامل شناخته نشدهاند. با این حال، میتوان شرایط مشابه خوابزمستانی را در حیوانات غیرخوابزمستانی القا کرد و به این ترتیب مقاومت آنها را در برابر اشعه افزایش داد.
خرسهای آب – موجودات میکروسکوپی که بهعنوان خرسهای آب نیز شناخته میشوند – مقاومت بسیار بالایی در برابر اشعه دارند، بهویژه وقتی خشک میشوند. اگرچه نمیتوانیم فضانوردان را به خوابزمستانی ببرند یا خشک کنیم، استراتژیهای این موجودات برای محافظت از اجزای سلولی میتواند به ما کمک کند تا موجودات دیگر را در سفرهای طولانی فضایی حفظ کنیم.
میکروبها، بذرها، منابع غذایی ساده و حتی حیواناتی که میتوانند در آینده همراهان ما شوند، میتوانند برای مدتی در حالت محافظتشده نگهداری شوند. تحت شرایط آرام، میتوانند به فعالیت کامل بازگردند. بنابراین، درک و بهکارگیری این سازوکارهای محافظتی میتواند برای سفرهای فضایی آینده حیاتی باشد.
یک استراتژی سوم بر تقویت پاسخهای استرسی خود موجودات متمرکز است. استرسورهای موجود در زمین، مانند گرسنگی یا گرما، موجودات را به تکامل دفاعهای سلولی که DNA و سایر اجزای سلولی را محافظت میکنند، سوق دادهاند. در یک پیشچاپ اخیر (مقالهای که هنوز به داوری همتا رسیده نیست)، همکارم و من پیشنهاد میکنیم که فعالسازی این مکانیزمها از طریق رژیمهای غذایی خاص یا داروها میتواند محافظت بیشتری در فضا فراهم کند.
سپرهای فیزیکی به تنهایی کافی نخواهند بود. اما با استراتژیهای زیستی، انجام آزمایشهای بیشتر در فضا و روی زمین، و ساخت مجموعههای جدید شتابدهنده اختصاصی، بشریت به تحقق سفرهای منظم فضایی نزدیکتر میشود. با سرعت کنونی، احتمالاً دههها زمان میبرد تا حفاظت کامل در برابر پرتوهای کیهانی بهدست آید. سرمایهگذاری بیشتر در پژوهشهای تابش فضایی میتواند این بازه زمانی را کوتاهتر کند.
هدف نهایی این است که فراتر از حباب حفاظتی زمین سفر کنیم، بدون تهدید مداوم ذرات نامرئی و با انرژی بالا که بدنها و فضاپیماهای ما را آسیب میزنند.