Nel vasto vuoto dello spazio, due forme di radiazione minacciano gli astronauti: i raggi cosmici attraversano la galassia a velocità vicine alla luce, mentre l'attività solare produce una forma di radiazione più attenuata. Entrambi sono un problema per i viaggiatori spaziali, causando condizioni che vanno dalla visione alterata al cancro.
Questa radiazione non è un problema qui sulla Terra grazie all'atmosfera protettiva del pianeta, che ne blocca il peggio. Ma gli ingegneri non hanno ancora metodi efficaci per proteggere gli astronauti da questi pericoli, e questo aggiunge un ulteriore livello di rischio ai piani già rischiosi di inviare gli umani su Marte in un viaggio di tre anni entro il 2030.
"Potrebbero esserci rischi a livello di missione che mettono letteralmente a rischio la missione - l'intera missione, non solo i singoli astronauti - se uno o più membri dell'equipaggio sono inabilitati", afferma l'esperto di radiazioni Ron Turner, un consulente scientifico senior presso l'Istituto della NASA per Concetti avanzati di Atlanta che studiano strategie di gestione del rischio per missioni spaziali umane. "È importante ottenere questi dati nei prossimi dieci anni in modo da poter pianificare con prudenza una futura missione su Marte."
Il sole lancia costantemente particelle energetiche attraverso il vento solare. E i livelli di queste particelle aumentano e diminuiscono durante il ciclo solare di 22 anni del sole. Le tempeste solari possono anche scagliare nello spazio enormi masse di particelle cariche, con il picco di 11 anni che produce più attività. Le potenti radiazioni possono non solo aumentare i rischi di cancro a lungo termine, ma anche causare problemi immediati come vomito, affaticamento e problemi di vista.
Come l'attività solare, i raggi cosmici hanno il potenziale per causare il cancro. Queste particelle ad alta energia e ad alta velocità provengono dall'esterno del sistema solare e possono danneggiare gravemente le cellule umane. A differenza delle radiazioni del sole, tuttavia, i raggi cosmici potrebbero anche innescare effetti degenerativi a lungo termine mentre sono ancora nello spazio, tra cui malattie cardiache, ridotta efficacia del sistema immunitario e sintomi neurologici simili all'Alzheimer.
Senza l'atmosfera terrestre per proteggerli, gli astronauti a bordo della Stazione Spaziale Internazionale devono già affrontare questi pericoli di radiazioni. Possono cercare riparo in una parte più pesantemente protetta della nave quando il sole rilascia uno scoppio particolarmente potente di radiazioni. Ma evitare l'assalto costante e costante della radiazione cosmica rappresenta una sfida maggiore. E nessuno sulla ISS deve ancora sperimentare i pericoli di radiazioni che sarebbero stati visti in una missione triennale su Marte e ritorno; il tempo massimo che qualcuno ha trascorso sulla stazione spaziale è di 14 mesi.
Uno scafo più spesso può aiutare a bloccare i raggi cosmici a bassa energia, ma qualsiasi raggio ad alta potenza può facilmente passare attraverso, osserva Turner. Inoltre, il raddoppio dello spessore nominale di uno scafo di un'astronave riduce la minaccia agli astronauti di circa il 10 percento, un numero che dipende dalla natura dei raggi e della schermatura. Questa ulteriore schermatura aggiunge anche peso a un veicolo spaziale, limitando ciò che può essere dedicato alle forniture per la scienza e la sopravvivenza.
Turner afferma che il modo migliore per mitigare il pericolo dai raggi cosmici non verrà dalla schermatura. Invece, pensa che la soluzione verrà dalla riduzione del tempo che gli astronauti trascorrono viaggiando da e verso altri mondi. Una volta che gli umani atterreranno su Marte, la maggior parte del pianeta fornirà una protezione significativa, dimezzando efficacemente la quantità di radiazioni che lo attraversano. Mentre la sottile atmosfera di Marte non fornirà lo stesso scudo del denso strato di gas della Terra, ridurrà anche i raggi cosmici che raggiungono gli esploratori in superficie.
Per capire come i raggi cosmici influenzeranno gli esploratori umani, gli scienziati dovranno prima misurare le proprietà del campo magnetico del sole in un dato momento. "Quanto più conosciamo l'ambiente del raggio cosmico galattico in cui stiamo inviando i nostri astronauti, tanto meglio possiamo pianificare le missioni e comprendere l'effetto di una missione sugli astronauti", afferma Turner. Con queste informazioni, i ricercatori potrebbero essere in grado di prevedere gli effetti delle radiazioni cosmiche un anno o due prima del lancio di una missione, consentendo una migliore pianificazione per specifiche condizioni meteorologiche spaziali. Sarebbe come sapere se una tempesta in arrivo sulla Terra fosse un uragano o un temporale; le informazioni possono aiutare quando si adattano le misure di protezione.
Gli scienziati stanno ora acquisendo una migliore comprensione di come appaiono i raggi cosmici al di fuori dello scudo protettivo del sole usando i dati raccolti dal veicolo spaziale Voyager 1, che ha lasciato il sistema solare nel 2012. Ciò dovrebbe aiutarli a capire meglio come il cambiamento dell'attività solare influisce sul raggi.
All'interno dell'eliosfera, il sistema solare è parzialmente protetto dai raggi cosmici. (Laboratorio di immagini concettuali di Walt Feimer / NASA GSFC) Voyager 1 "è l'unico strumento che l'umanità ha realizzato che è riuscito a entrare nel mezzo interstellare, l'unica parte in cui siamo al di fuori dell'influenza del campo magnetico solare", afferma Ilias Cholis, ricercatore post-dottorato presso la Johns Hopkins University in Maryland.
Mentre Voyager 1 analizza la radiazione cosmica fuori dalla portata del sole, strumenti come il payload russo basato su satellite per l'esplorazione dell'antimateria e l'astrofisica dei nuclei di luce (PAMELA) e lo spettrometro alfa-magnetico (AMS) a bordo dell'ISS lo campionano dall'interno del solare sistema. Il confronto delle misurazioni da ciascuna di queste fonti sta aiutando Cholis e altri ricercatori a capire come l'attività del sole ha alterato le radiazioni pericolose in passato e come potrebbe modificare le radiazioni nei futuri cicli solari. Insieme, questi veicoli spaziali e strumenti stanno aumentando la quantità di informazioni sui raggi cosmici e questo migliorerà solo col passare del tempo.
Cholis e i suoi colleghi, ad esempio, hanno recentemente usato nuovi dati di Voyager 1 per modificare le formule esistenti che descrivono come il campo magnetico del sole influisce sui raggi cosmici. Molti raggi cosmici provengono da supernova: l'esplosione di una stella massiccia che fa sparare particelle cariche verso l'esterno. A differenza della luce dell'esplosione, il materiale energetico non viaggia in linea retta ma rimbalza via gas e polvere nello spazio in quello che Cholis ha descritto come "un tipo di percorso molto a zig-zag". Ciò può rendere difficile determinare da dove provengono i singoli raggi cosmici, specialmente quando passano nel sistema solare.
Uscendo dall'influenza del sole, Cholis e i suoi colleghi speravano di fare un lavoro migliore nell'identificare la fonte e le proprietà dei raggi. Ciò non solo li aiuterà a conoscere meglio da dove provengono le particelle energetiche, ma può anche migliorare la comprensione dei loro effetti sull'uomo, in particolare quelli che viaggiano nello spazio.
Le radiazioni sono “un rischio di cui dobbiamo imparare di più nel prossimo decennio in modo da poter fare la mitigazione corretta, in modo da poter fare il meglio che possiamo per gli astronauti che metteranno a rischio la propria vita per una serie di minacce diverse ", Dice Turner. Ma la soluzione ottimale potrebbe essere quella che, per ora, sembra difficile: andare più veloce ed evitare quanta più radiazione possibile. Dice:" Il miglior rapporto qualità-prezzo è la propulsione avanzata, non la schermatura ".
