Czytaj dalej

Niska temperatura, jałowa gleba, burze pyłowe, niezwykle przerzedzona atmosfera, złożona niemal wyłącznie z dwutlenku węgla. Jakby tego wszystkiego było mało, przyszłym zdobywcom Marsa przez cały czas towarzyszyć będzie niewidzialny zabójca, którego musimy obezwładnić – promieniowanie kosmiczne.

To co współ­cze­śnie mamy, zawdzię­czamy przodkom, którzy mieli odwagę opuścić znany świat. Jeśli powstrzy­mamy takie ini­cja­tywy, prze­ka­żemy potomnym mniej niż sami otrzy­ma­li­śmy.

Robert Zubrin

Magnetyczny stróż

Dość zabawny fakt. Nasze ist­nie­nie zawdzię­czamy dzia­ła­niu nie­ma­te­rial­nej tarczy, chro­nią­cej nas przed równie nie­ma­te­rial­nym zagro­że­niem. Wspa­niała bariera ochronna, pod postacią pola magne­tycz­nego Ziemi, pozwala nam na trwanie w błogiej nie­świa­do­mo­ści. Na zapo­mnie­nie, iż Słońce jest nie tylko dawcą życia, ale również rozdętą kulą wodoru, targaną potęż­nymi pro­ce­sami fizycz­nymi. Każda sekunda jego pracy oznacza miotanie dookoła ogromną ilością neutrin, elek­tro­nów, protonów i cząstek alfa, domi­nu­ją­cych na prze­strzeni kil­ku­na­stu miliar­dów kilo­me­trów. A żeby było jeszcze cie­ka­wiej, pustkę mię­dzy­pla­ne­tarną pene­trują również ener­ge­tyczne drobiny o pocho­dze­niu galak­tycz­nym (GCRs). Nie przej­mu­jemy się tym za bardzo, bo owe mikro­sko­pijne pociski mknące z nie­ba­ga­telną pręd­ko­ścią, zostają sku­tecz­nie odparte przez magne­tos­ferę naszej planety. 

Nasza tarcza w akcji.

Musimy nauczyć się doceniać to bło­go­sła­wień­stwo matki natury, choćby dlatego, że jest pewnym ewe­ne­men­tem. Obecnie, wśród małych, skalnych światów Układu Sło­necz­nego, tylko Ziemia posiada wyraźne i tak efek­tywne pole magne­tyczne. Wszystko dzięki roz­ża­rzo­nym i wciąż płynnym warstwom naszego globu, zwłasz­cza aktyw­nemu żelazno-niklo­wemu jądru. Ruchy miliar­dów ton metalu we wnętrzu Ziemi, czynią z niej istne dynamo, prze­kształ­ca­jące energię mecha­niczną na pole elek­tro­ma­gne­tyczne, odchy­la­jące igły kompasów i tamujące nie­bez­pieczne pro­mie­nio­wa­nie kosmiczne. Merkury i Wenus posia­dają bardzo ogra­ni­czone magne­tos­fery, nato­miast Mars nie ma jej w ogóle. Nie­wy­klu­czone, iż nasz sąsiad w dalekiej prze­szło­ści dys­po­no­wał własnym murem obronnym, lecz go postra­dał. Prze­pusz­czony wiatr sło­neczny wyste­ry­li­zo­wał planetę (zakła­da­jąc, że coś tam żyło) i zdmuch­nął więk­szość tam­tej­szej atmos­fery, czyniąc jego powierzch­nię znanym obecnie, nie­go­ścin­nym pust­ko­wiem.

Mikroskopijne pociski

Nie ma rady. Marząc – nawet nie o kolo­ni­za­cji, ale zwykłej zało­go­wej wyprawie na Marsa – musimy zmierzyć się z tym bez­li­to­snym prze­ciw­ni­kiem. Do tej pory kwestie pro­mie­nio­wa­nia łatwo było igno­ro­wać. W domu nam nie grozi, stacje kosmiczne krążą na tyle nisko aby zmieścić się pod płasz­czem magne­tos­fery (choć i tak istnieje pewne ryzyko), zaś misje księ­ży­cowe trwały zaledwie kilka dni. Mars to inna bajka. Nie­za­leż­nie od przy­ję­tego sce­na­riu­sza, musimy być gotowi na naprawdę długą eskapadę. Mowa o trzy­mie­sięcz­nej podróży (zapewne dłuższej, może nawet pół­rocz­nej) przez prze­strzeń kosmiczną, spę­dze­niu 550 dni na powierzchni planety i kolej­nych trzech mie­sią­cach drogi powrot­nej. Pro­mie­nio­wa­nie będzie towa­rzy­szyło pio­nie­rom bez przerwy, przez 2–3 lata. Cienka mar­sjań­ska atmos­fera zatrzyma część roz­pę­dzo­nych protonów – opty­mi­stycz­nie dwie trzecie – ale nawet wtedy  natę­że­nie wciąż będzie zbyt duże.

Promieniowanie kosmiczne napiera na Marsa

Dyskusja o kon­se­kwen­cjach dłu­go­trwa­łej eks­po­zy­cji na kosmiczną radiację, prędko uak­tyw­niła scep­ty­ków kosmicz­nych wojaży. Od dawna biją oni na alarm, wzywając do opra­co­wa­nia znacznie lepszych zabez­pie­czeń, a nawet do zupeł­nego odpusz­cze­nia zało­go­wych misji w dalekie zakątki Układu Sło­necz­nego. Fizyk jądrowy Cary Zeitlin, stwier­dził na łamach Science, iż astro­nauci będą narażeni na wchło­nię­cie dawki około 0,66 siwerta. Nie będziemy się tu wdawać w szcze­góły doty­czące pomiarów pro­mie­nio­wa­nia (odsyłam do artykułu Zło­wiesz­czy pik-pik), ale musicie wiedzieć, że to dużo. Zbyt dużo. Prze­cięt­nie, prze­by­wa­jąc na Ziemi otrzy­mu­jemy jakieś 3 mSv w skali roku (mili­si­wer­tów, czyli tysięcz­nych części siwerta). Za powszech­nie przyjętą granicę bez­pie­czeń­stwa, uważa się 20 mSv rocznie. Wedle tej zasady, naj­le­piej byłoby gdyby podczas całej misji załoga nie otrzy­mała więcej niż 40–60 mSv, czyli 0,04–0,06 siwerta. Jeśli Zeitlin w swoim czar­no­widz­twie ma słusz­ność, to astro­nauci prze­kro­czą limit ryzyka jeszcze nim miną połowę drogi na Czerwoną Planetę…

Papierosy są groźniejsze?

Co to oznacza dla eks­plo­ra­to­rów Układu Sło­necz­nego? W tamtym roku próbował to spraw­dzić Charles Limoli z Uni­wer­sy­tetu Kali­for­nij­skiego. Biolog wystawił gromadkę myszy na dzia­ła­nie radiacji imi­tu­ją­cej pro­mie­nio­wa­nie kosmiczne, a następ­nie zbadał ich mózgi. Wyniki nie napawają opty­mi­zmem: doszło do wyraźnej dege­ne­ra­cji neuronów, uszko­dzeń hipo­kampu oraz kory mózgowej, w praktyce mogących dopro­wa­dzić do zaburzeń funkcji poznaw­czych, pamięci oraz wzroku. Jednak to badanie nie jest do końca mia­ro­dajne, bo – jak podnoszą jego krytycy – Limoli bom­bar­do­wał myszy krócej, ale i znacznie inten­syw­niej. Choć więc ziemscy wysłańcy przyjmą dawkę suma­rycz­nie podobną do testo­wa­nych gryzoni, to jej roz­ło­że­nie będzie zupełnie inne. Niemniej, niepokój pozo­staje. Nawet jeśli pro­mie­nio­wa­nie nie spu­sto­szy głów astro­nau­tów, to nikt nie wątpi w “zwykłe” skutki pro­mie­nio­wa­nia. Chodzi przede wszyst­kim o wpływ na komórki i zwięk­sze­nie ryzyka przy­szłego zacho­ro­wa­nia na nowotwór.

Pytanie tylko, jakie jest owe ryzyko i czy możemy je zaak­cep­to­wać? Wielki orę­dow­nik eks­plo­ra­cji Marsa i archi­tekt projektu Mars Direct, Robert Zubrin, od dawna odpiera zarzuty twier­dząc wszem i wobec, że cała eskapada zwiększy szansę na zacho­ro­wa­nie o zaledwie 1%. Jak argu­men­tuje: bardziej rako­twór­cze są ziemskie używki, więc jeśli wyślemy na Marsa palacza bez papie­ro­sów, to jeszcze wyjdzie mu to na zdrowie. Nie­któ­rzy nazwa­liby jednak Zubrina nie­po­praw­nym opty­mi­stą. Wspo­mniany już Zeitlin szacuje w swoim artykule, że podróż zwiększy ryzyko nie o 1, lecz przy­naj­mniej 5%.

W poszukiwaniu ochrony

Bez względu na to, który z panów ma rację, głównym zadaniem inży­nie­rów pozo­staje opra­co­wa­nie w naj­bliż­szej przy­szło­ści, sku­tecz­nej ochrony, choćby czę­ściowo niwe­lu­ją­cej wpływ wiatru sło­necz­nego. Jak przy­znała pra­cu­jąca w NASA Sheila Thi­be­ault: “Zro­bi­li­śmy postęp w zmniej­sza­niu zagro­że­nia wyso­ko­ener­ge­tycz­nymi cząst­kami, ale wciąż pra­cu­jemy nad zna­le­zie­niem mate­riału, który będzie dobrą tarczą i spełni rolę pod­sta­wo­wej struk­tury statku kosmicz­nego”. Jasnym jest, że nie opan­ce­rzymy rakiety grubą warstwą cięż­kiego ołowiu, musząc szukać złotego środka pomiędzy niską masą, wytrzy­ma­ło­ścią i ochroną przed pro­mie­nio­wa­niem. Obecnie ame­ry­kań­ska agencja upatruje ratunku w azotku boru, tudzież w nano­struk­tu­rach opartych o węgiel, wodór, azot i bor. Kluczowy element stanowi ten ostatni pier­wia­stek. Bor ma olbrzy­mie moż­li­wo­ści absorp­cyjne, przez co stosuje się go w prętach kon­tro­l­nych reak­to­rów jądro­wych, do hamo­wa­nia reakcji łań­cu­cho­wej. Tu ma robić mniej więcej to samo – pochła­niać roz­pę­dzone cząstki.

Ale fizyczna tarcza to nie wszystko. Poza per­ma­nent­nym wiatrem sło­necz­nym i pro­mie­nio­wa­niem galak­tycz­nym, astro­nauci będą musieli zmierzyć się również z epi­zo­dycz­nymi kry­zy­sami. Mowa przede wszyst­kim o nagłych i nie­re­gu­lar­nych roz­bły­skach sło­necz­nych. 

Rozbłysk słoneczny
Słońce bywa groźne.

Edward Weiler z NASA stwier­dził bru­tal­nie: “Nie jesteśmy gotowi wysłać ludzi na Marsa. (…) Jedną z misji Apollo o tydzień ominął poważny rozbłysk sło­neczny. Gdyby do niego doszło wcze­śniej, astro­nauci otrzy­ma­liby dawkę pro­mie­nio­wa­nia dopusz­czalną podczas całego życia”. I rze­czy­wi­ście, wskutek takiego bek­nię­cia naszej gwiazdy, nie­chro­niona osoba może oberwać w jednej chwili nawet kilka siwertów! Zależnie od szczę­ścia, skoń­czy­łoby się to objawami choroby popro­mien­nej, lub nawet zgonem. 

Zubrin nie lek­ce­waży tej groźby, ale i na nią ma lekar­stwo. Opra­co­wane w ramach Mars Direct, okrągłe moduły miesz­kalne (HAB‑y), byłyby wypo­sa­żone w odpo­wied­nie schrony, znaj­du­jące się w ich centrach. Odpo­wied­nie ekrany ochronne oraz otulenie wszyst­kimi posia­da­nymi zapasami, wymier­nie zmniej­szy­łoby zagro­że­nie. Do tego, będąc już u celu, załoga obło­ży­łaby swój nowy dom workami z piaskiem (czy raczej rego­li­tem). Inżynier prze­ko­nuje w swojej książce, że podczas prze­cięt­nego roz­bły­sku, schowana osoba nie otrzyma więcej niż 8 mSv. Oczy­wi­ście macie prawo dostrzec pewien man­ka­ment w tym sprytnym planie. Skąd astro­nauci będą wie­dzieli o zwięk­szo­nej aktyw­no­ści Słońca?

Przykładowy HAB, który mógłby chronić przed promieniowaniem
Przy­kła­dowy schemat HAB‑u. W centrum znajduje się schron.

Pogodę kosmiczną da się pro­gno­zo­wać, choć to niełatwe. Naj­groź­niej­sze cząstki poru­szają się z pręd­ko­ścią około 70% pręd­ko­ści światła, więc jesteśmy w stanie dostrzec zwięk­szoną aktyw­ność naszej gwiazdy jeszcze zanim uderzy w nas główne natarcie. Miesz­kańcy Marsa muszą zatem zostać wypo­sa­żeni we własny sprzęt (może satelity) pozwa­la­jący na moni­to­ro­wa­nie Słońca i zachować ciągłą czujność. W razie alarmu będą mieli nie więcej niż kil­ka­na­ście minut na wsko­cze­nie do schronu.

Ile możemy poświęcić?

Czy w tej per­spek­ty­wie załogowa misja na Marsa jest możliwa? Bez wąt­pie­nia tak. Ale musimy być gotowi na podjęcie ryzyka. Co najmniej tak dużego, jak to, które podej­mo­wali pierwsi kosmo­nauci, modlący się przed każdym uru­cho­mie­niem silników, aby rakieta pod nimi za moment nie eks­plo­do­wała. Taka jest cena. Jeśli Czerwoną Planetę odwiedzi kil­ku­dzie­się­ciu ludzi, zapewne u nie­któ­rych ujawnią się efekty długiej eks­po­zy­cji na pro­mie­nio­wa­nie. Jeśli systemy bez­pie­czeń­stwa zawiodą i astro­nauci nie schronią się w trakcie roz­bły­sku sło­necz­nego: może dojść do ofiar śmier­tel­nych, a nawet straty całej załogi.

Wielki cel wymaga równie wiel­kiego ryzyka.

Literatura uzupełniająca:
C. Limoli, V. Parihar, Cosmic radiation exposure and persistent cognitive dysfunction, [online: www.nature.com/articles/srep34774];
E. Howell, 5 Mars Mission Radiation Shield Ideas Win NASA Challenge, [online: www.space.com/29512-mars-mission-radiation-nasa-challenge.html];
S. Frazier, Real Martians: How to Protect Astronauts from Space Radiation on Mars, [online: www.nasa.gov/feature/goddard/real-martians-how-to-protect-astronauts-from-space-radiation-on-mars];
Z. Jaworski, Promieniowanie jądrowe w środowisku, [online: www.clor.waw.pl/ochrona/promieniowanie/artykul_1_efw.pdf];
Wyprawa na Marsa, reż. S. Gill, prod. Canal+ 2004;
R. Zubrin, R. Wagner, Czas Marsa. Dlaczego i w jaki sposób musimy skolonizować Czerwoną Planetę, przeł. L. Kallas, Warszawa 1997;
H. McSween, Od gwiezdnego pyłu do planet, przeł. A. Pilski, Warszawa 1996.
Autor
Adam Adamczyk

Adam Adamczyk

Naukowy totalitarysta. Jeśli nie chcesz aby wpadli do Ciebie naukowi bojówkarze, zostaw komentarz.