Як повідомляє universetoday, команда дослідників з медичного центру Університету Рочестера (URMC) в Нью-Йорку оголосила про результати своїх досліджень. Тривале перебування атронавтов у космосі, наприклад, під час перельоту на Марс, може призвести до проблем зі здоров'ям через галасктического випромінювання. Зокрема, до дегенерації мозку, і, можливо, навіть настання хвороби Альцгеймера.

Раніше, у 2012 році про подібних висновках повідомляли російські вчені. Як пише Наталія Теряєва в газеті "Площа миру", "якщо летіти в марсіанську експедицію на сучасному космічному кораблі, політ займе не менше 500 днів. За цей термін космічної місії здоров'я космонавтів може бути втрачено безповоротно. Про це свідчать результати досліджень російських радиобиологов і фізіологів, які обговорювалися в Об'єднаному інституті ядерних досліджень (ОІЯД) на виїзному засіданні бюро відділення фізіології та фундаментальної медицини РАН.

Найбільшу небезпеку вчені бачать в галактичному випромінюванні: воно здатне позбавити людину зору і розуму, без чого ні долетіти до мети, ні додому повернутися не вийде.

Твердження дослідників про небезпеку важких іонів для організму космонавтів не умоглядні, вони базуються на даних прискорювальних експериментів з тваринами, проведених в Лабораторії радіаційної біології Об'єднаного інституту ядерних досліджень (ЛРБ ОІЯД) у співпраці з Інститутом медико-біологічних проблем РАН (ИМПБ РАН), Інститутом біохімії РАН (ИБХ РАН) і у взаємодії з біологами з Американського національного космічного агентства (NASA).

Важкі іони страшніше протонів

У далекому космосі - за межами магнітного поля Землі - людину підстерігає небезпечне космічне випромінювання, що йде з глибин галактики.

"Галактичні космічні промені являють собою потоки елементарних частинок - легких і важких іонів, - пояснює директор Науково-дослідного інституту ядерної фізики імені Д.В.Скобельцына (НДІЯФ МДУ) Михайло Панасюк. - Атоми космічних променів позбавлені електронних оболонок, по суті вони - "голі" ядра. Причина цього - взаємодія з речовиною в процесі їх переносу у Всесвіті. Найпоширеніший елемент космічних променів - водень, його іони - протони. Ці частинки прискорюються на ударних хвилях - залишки від вибухів наднових зірок. Такі зірки вибухають в нашій Галактиці не частіше, ніж один раз за 30 - 50 років. Потік частинок галактичних космічних променів постійний, на відміну від сонячних космічних променів, які генеруються на Сонці або в міжпланетному середовищі під час сонячних спалахів. В силу цього сумарний внесок сонячних космічних променів за тривалий час незначний. Але під час сонячних спалахів (протягом декількох годин, діб) потік сонячних космічних променів може перевищувати потік галактичних космічних променів. До того ж енергії частинок сонячних космічних променів, як правило, менше, ніж у частинок галактичних космічних променів. Існують також внегалактические космічні промені, що потрапляють в нашу Галактику з інших галактик. Їх енергії більше, ніж у галактичних космічних променів, але потоки значно менше. Космічні промені мають величезний діапазон енергій: від 106 (1 Мев) до 1021 ев (1 ЗэВ)".

Встановлені на дослідних космічних супутниках энергомасс-спектрометри реєстрували складу космічних променів. З'ясувалося, що трохи менше одного відсотка всіх частинок галактичного випромінювання становлять важкі іони з енергією 300 - 500 Мев/нуклон - ядра важких хімічних елементів. У фракції легких і важких іонів галактичного випромінювання найбільше іонів вуглецю, кисню та заліза - з цих стабільних елементів у результаті еволюції зірок утворюються зоряні ядра.

Результати вимірювань космічних супутників послужили основою для подальших модельних розрахунків, що показали, що поза магнітосфери Землі на квадратний сантиметр площі падає в рік приблизно 105 важких іонів, а за добу - близько 160 частинок з зарядом Z більше 20. Отже, під час польоту на Марс за кожну добу саме така їх кількість впаде на квадратний сантиметр поверхні тіла космонавта.

Космічні важкі іони мають настільки високою енергією, що "прошивають" обшивку сучасного космічного корабля у відкритому космосі, подібно гарматних ядер, бомбардирующим тонкий шовк. Як це може пошкодити в довгій подорожі здоров'ю посланців Землі, з'ясували вчені Лабораторії радіаційної біології ОІЯД.

До Марса - на дотик?

"Нам вдалося розібратися в тому, чому однакові дози різних випромінювань (потік важких іонів, нейтронне, гамма-випромінювання) викликають неоднакове вплив на живі клітини, - розповідає директор ЛРБ ОІЯД член-кореспондент РАН Євген Красавін. - Виявилося, що відмінності в ефективності дії різних випромінювань пов'язані як з фізичними характеристиками випромінювань, так і з біологічними властивостями самої живої клітини - її здатністю відновлювати пошкодження ДНК після опромінення. В експериментах на прискорювачах важких іонів ми з'ясували, що найбільш важкі ушкодження ДНК виникають під впливом важких іонів. Різницю між впливом рентгенівських променів (пучка фотонів) і пучки важких іонів можна образно уявити собі так: вистрілити з рушниці в стіну дрібної дробом - це шкода від рентгенівських променів, вистрілити в ту ж стіну гарматним ядром - це руйнування від одного важкого іона. Важкі частинки, володіючи великою масою, втрачають значно більше своєї енергії на одиницю пройденого шляху, ніж їх більш легкі побратими. Тому-то, проходячи крізь клітку, важкий іон на своєму шляху робить великі руйнування. Коли через ядро клітини проходить важка частинка, утворюються ушкодження "кластерного типу" з численними розривами хімічних зв'язків у фрагменті ДНК. Вони і викликають різні типи тяжких хромосомних поломок в ядрах клітин".

Далі логіка міркувань вчених була такою. Іони водню (протони) з енергією 200 - 300 Мев/нуклон встигають до повного гальмування пробігти у воді шлях довжиною 11 див. Людське тіло на 90 % складається з води. Екстраполюючи цей результат на живий людський організм, отримуємо висновок: навіть легкі іони на своєму шляху зможуть зашкодити тисячі клітин нашого тіла. У разі важких іонів з зарядом більше 20 слід очікувати ще більш плачевний для здоров'я результат.

Які ж органи людини можуть бути пошкоджені галактическими важкими іонами найбільш сильно і небезпечно для життя?

- Якщо подумати про активно проліферуючих - швидко оновлюються - тканинах організму, таких як кров або шкіра, то їх пошкодження в силу природних властивостей будуть швидко відновлюватися, - пояснює директор ЛРБ ОІЯД Євген Красавін. - Зате на статичні тканини - центральну нервову систему, очей, не мають природної здатності швидкого ремонту пошкоджень, постійний потік важких іонів надасть наслаивающееся шкідливий вплив, викликаючи регулярну загибель клітин. А адже центральна нервова система і очей - керуючі "чіпи" нашого організму.

В експериментах на тваринах у Дубні група радиобиологов під керівництвом академіка РАН Михайла Островського вивчила механізми впливу важких іонів на структури ока - кришталик, сітківку, рогівку. На прискорювачах ОІЯД пучками протонів з енергією 100 - 200 Мев опромінювали мишей і розчини крісталлінів (білків) їх кришталика.

"Кришталик ока людини і хребетних тварин на 90% складається з альфа-, бета - і гамма-крісталлінів, - повідомив у своїй доповіді на виїзному засіданні бюро ОФФМ РАН академік Островський. - Зміст цих білків в кришталику приблизно однаково, проте вони суттєво відрізняються за структурою і молекулярної масі. Вплив ультрафіолетового випромінювання або випромінювання здатне викликати агрегацію крісталлінів - поява непрозорих волокон в кришталику. У результаті агрегації утворюються великі світлорозсіювальні конгломерати, які призводять до помутніння кришталика, тобто до розвитку катаракти. Проходячи через хрусталик ока, навіть поодинокі важкі іони через деякий час можуть викликати його помутніння.

Повернутися на Землю людиною розумною

Найменше радиобиологами вивчено шкідливу дію важких іонів на центральну нервову систему. За оцінками фахівців NASA, в ході марсіанської місії від 2-х до 13-ти відсотків нервових клітин будуть перетинатися як мінімум одним іоном заліза. А крізь ядро кожної клітини організму раз в три дні буде пролітати один протон. Тому виникає серйозна небезпека незворотних порушень поведінкових реакцій екіпажу корабля. Це ставить під загрозу виконання місії в цілому. Мозок - дуже тонкий інструмент, і порушення невеликих ділянок може призводити до втрати працездатності всього організму, як це буває у людей, які перенесли інсульт, або у тих, хто страждає на хворобу Альцгеймера.

В Лабораторії космічної радіації NASA в Брукхейвені з допомогою пучка прискорених до енергії 1 Гев/нуклон іонів заліза змоделювали галактичне випромінювання на предускорителе колайдера важких іонів RHIC Брукхейвенської національної лабораторії. Експеримент зі щурами називався "когнітивний тест". У круглому басейні під тонким шаром непрозорої води розташували невелику тверду майданчик. В цей басейн запускали лабораторних щурів - спочатку здорових, а потім облученних пучками іонів заліза - і стежили за тим, наскільки швидко тварини можуть знайти цю площадку і залізти на неї. Здорові щури швидко виявляли майданчик і прямували до неї по найкоротшій траєкторії. Опромінення важкими іонами різко змінювало когнітивні функції (здатність до навчання) тварин. Через місяць після опромінення поведінка щури різко змінювалося. Вона петляла, довгий час кружляла по басейну, поки їй практично випадково не вдавалося відчути твердий грунт під ногами. Розумові здібності тварини виявилися сильно порушеними. При опроміненні щурів рентгенівським і гамма-випромінюванням такого ефекту не спостерігалося.

Для того щоб уявити можливі наслідки опромінення організму людини важкими іонами, необхідно "програти" модель космічної небезпеки на приматах, вважають дослідники. Тим не менш виявлений на гризунах шкоду від впливу галактичного випромінювання важких іонів достатньо переконливий, щоб не думати про нього, плануючи відправити людей у тривалий політ на Марс.

Як уникнути біди

З того, що на сьогоднішній день відомо фізикам і біологам, слід: не можна звести до нуля ризик радіаційного ураження космонавтів протягом більш ніж річної подорожі на Марс. Способи зменшити цей ризик поки існують у вигляді ідей.

Ідея перша: спланувати політ на Марс під час максимуму циклу сонячної активності. В цей час потік галактичних космічних променів буде менше з-за того, що міжпланетне магнітне поле сонячної системи буде викривляти траєкторії галактичних космічних променів, прагнучи зменшити інтенсивність їх часток і "вимітаючи" з сонячної системи частинки з енергіями меншими 400 Мев/нуклон.

Ідея друга: значно знизити дози радіації від галактичного випромінювання з допомогою надійного захисту корабля і передбачити в конструкції корабля спеціальний відсік-укриття з більш потужним захистом від потужних потоків непередбачуваного сонячного вітру. Вже розробляються нові види захисних матеріалів, які стали б ефективніше нині використовується алюмінію, наприклад, водневовмісні пластики типу поліетилену. З їх допомогою можна створити захист, здатну при товщині 7 см зменшувати дозу радіації на 30 - 35%. Правда, цього мало, вважають вчені, товщину захисного шару треба збільшувати. А якщо не виходить, то значно скорочувати тривалість польоту - скажімо, хоча б до 100 днів. Сто днів - цифра поки лише інтуїтивно обґрунтована. Але в будь-якому випадку літати треба швидше.

Ідея третя: забезпечити пілотів марсіанського корабля ефективними протирадіаційними препаратами, які змогли б значно зміцнити зв'язки між білками ДНК, знизивши їх уразливість перед бомбардуваннями важкими іонами.

Ідея четверта: створити навколо космічного корабля штучне магнітне поле, подібне до земного магнітного поля. Є проект надпровідного тороїдального магніту, всередині і поза якого поле наближається до нуля, щоб не пошкодити здоров'ю космонавтів. Потужне поле такого магніту має відвести від корабля велику частку космічних протонів і ядер, знизити в 3 - 4 рази дозу радіаційного опромінення за час експедиції на Марс. Прообраз такого магніту вже створений і буде використаний в експерименті для дослідження космічних променів на борту міжнародної космічної станції.

Все ж, поки ідеї захисту марсіанського екіпажу не знайшли свого втілення, вихід один, стверджують радиобиологи: провести докладні радіобіологічні дослідження в земних умовах на прискорювачі важких іонів, які в наземних умовах дозволять змоделювати шкідливу дію важких ядер високих енергій, які виходять з глибин галактики. Серед таких унікальних прискорювачів - нуклотрон Лабораторії фізики високих енергій ОІЯД і созадющийся на його базі коллайдерный комплекс NICA. На можливості цих установок вчені покладають великі надії.

І якщо ми поспішаємо долетіти до Марса, то або пора будувати більш швидкі космічні кораблі, або залишити поки мрії про пілотованих польотах в далекому космосі. Нехай роботів поки попутешествуют.