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Die NASA hat ein Rätsel zu lösen: Können Menschen zum Mars gehen oder nicht?
"Es ist eine Frage der Strahlung", sagt Frank Cucinotta vom Space Radiation Health Project der NASA im Johnson Space Center. "Wir wissen, wie viel Strahlung da draußen zwischen Erde und Mars auf uns wartet, aber wir sind uns nicht sicher, wie der menschliche Körper darauf reagieren wird."
NASA-Astronauten sind seit 45 Jahren immer wieder im Weltraum. Abgesehen von ein paar kurzen Ausflügen zum Mond haben sie jedoch nie viel Zeit weit von der Erde entfernt verbracht. Der Weltraum ist gefüllt mit Protonen von Sonneneruptionen, Gammastrahlen von neugeborenen Schwarzen Löchern und kosmischen Strahlen von explodierenden Sternen. Eine lange Reise zum Mars, auf der kein großer Planet in der Nähe ist, um diese Strahlung zu blockieren oder abzulenken, wird ein neues Abenteuer.
Die NASA wägt die Strahlengefahr in Einheiten des Krebsrisikos ab. Ein gesunder 40-jähriger nicht rauchender amerikanischer Mann hat eine (satte) 20% ige Chance, irgendwann an Krebs zu sterben. Das ist, wenn er auf der Erde bleibt. Wenn er zum Mars reist, steigt das Risiko.
Die Frage ist, wie viel?
"Wir sind uns nicht sicher", sagt Cucinotta. Laut einer Studie von 2001 an Personen, die hohen Strahlendosen ausgesetzt waren - z. B. Hiroshima-Atombombenüberlebende und ironischerweise Krebspatienten, die sich einer Strahlentherapie unterzogen haben - liegt das zusätzliche Risiko einer 1000-Tage-Marsmission zwischen 1% und 19% . "Die wahrscheinlichste Antwort ist 3,4%", sagt Cucinotta, "aber die Fehlerbalken sind breit."
Die Chancen für Frauen stehen noch schlechter, fügt er hinzu. "Aufgrund von Brüsten und Eierstöcken ist das Risiko für weibliche Astronauten fast doppelt so hoch wie für Männer."
Forscher, die die Studie durchgeführt haben, gingen davon aus, dass das Marsschiff „hauptsächlich aus Aluminium gebaut sein würde, wie ein altes Apollo-Kommandomodul“, sagt Cucinotta. Die Haut des Raumschiffs würde etwa die Hälfte der auf sie einfallenden Strahlung absorbieren.
„Wenn das zusätzliche Risiko nur wenige Prozent beträgt? Wir sind in Ordnung. Wir könnten ein Raumschiff aus Aluminium bauen und zum Mars fahren. “ (Aluminium ist ein beliebtes Material für den Raumschiffbau, da es leicht, stark und Ingenieuren aus jahrzehntelangen Anwendungen in der Luft- und Raumfahrtindustrie bekannt ist.)
"Aber wenn es 19% sind? Unser Astronaut mit 40 Jahren hätte eine Chance von 20% + 19% = 39%, an lebenslangem Krebs zu erkranken, nachdem er auf die Erde zurückgekehrt ist. Das ist nicht akzeptabel. "
Die Fehlerbalken sind aus gutem Grund groß, sagt Cucinotta. Weltraumstrahlung ist eine einzigartige Mischung aus Gammastrahlen, hochenergetischen Protonen und kosmischen Strahlen. Atombombenexplosionen und Krebsbehandlungen, die Grundlage vieler Studien, sind kein Ersatz für die „reale Sache“.
Die größte Bedrohung für Astronauten auf dem Weg zum Mars sind galaktische kosmische Strahlen - kurz GCRs. Dies sind Teilchen, die durch entfernte Supernova-Explosionen auf fast Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden. Die gefährlichsten GCRs sind stark ionisierte Kerne wie Fe + 26. "Sie sind viel energiereicher (Millionen von MeV) als typische Protonen, die durch Sonneneruptionen beschleunigt werden (zehn bis Hunderte von MeV)", bemerkt Cucinotta. GCRs laufen wie winzige Kanonenkugeln durch die Haut von Raumschiffen und Menschen, brechen die Stränge von DNA-Molekülen, schädigen Gene und töten Zellen ab.
Astronauten haben selten eine volle Dosis dieser Weltraum-GCRs erlebt. Betrachten Sie die Internationale Raumstation (ISS): Sie umkreist nur 400 km über der Erdoberfläche. Der Körper unseres Planeten, der sich groß abzeichnet, fängt ungefähr ein Drittel der GCRs ab, bevor sie die ISS erreichen. Ein weiteres Drittel wird vom Erdmagnetfeld abgelenkt. Space-Shuttle-Astronauten genießen ähnliche Ermäßigungen.
Apollo-Astronauten, die zum Mond reisen, absorbierten höhere Dosen - etwa das Dreifache des ISS-Niveaus -, jedoch nur für einige Tage während der Erd-Mond-Kreuzfahrt. GCRs könnten ihre Augen geschädigt haben, bemerkt Cucinotta. Auf dem Weg zum Mond berichteten Apollo-Besatzungen, kosmische Strahlenblitze in ihrer Netzhaut gesehen zu haben, und jetzt, viele Jahre später, haben einige von ihnen Katarakte entwickelt. Ansonsten scheinen sie nicht viel gelitten zu haben. "Ein paar Tage da draußen sind wahrscheinlich sicher", schließt Cucinotta.
Aber Astronauten, die zum Mars reisen, werden ein Jahr oder länger „da draußen“ sein. "Wir können noch nicht zuverlässig abschätzen, was kosmische Strahlung mit uns machen wird, wenn wir so lange ausgesetzt sind", sagt er.
Dies herauszufinden, ist die Mission des neuen Space Radiation Laboratory (NSRL) der NASA, das sich im Brookhaven National Laboratory des US-Energieministeriums in New York befindet. Es wurde im Oktober 2003 eröffnet. „Am NSRL haben wir Teilchenbeschleuniger, die kosmische Strahlung simulieren können“, erklärt Cucinotta. Die Forscher setzen Säugetierzellen und -gewebe den Partikelstrahlen aus und untersuchen dann den Schaden. „Ziel ist es, die Unsicherheit unserer Risikoschätzungen bis zum Jahr 2015 auf nur wenige Prozent zu reduzieren.“
Sobald die Risiken bekannt sind, kann die NASA entscheiden, welche Art von Raumschiff gebaut werden soll. Es ist möglich, dass gewöhnliche Baumaterialien wie Aluminium gut genug sind. Wenn nicht, "haben wir bereits einige Alternativen identifiziert", sagt er.
Wie wäre es mit einem Raumschiff aus Kunststoff?
„Kunststoffe sind reich an Wasserstoff - ein Element, das kosmische Strahlung gut absorbiert“, erklärt Cucinotta. Beispielsweise absorbiert Polyethylen, aus dem Müllsäcke aus demselben Material bestehen, 20% mehr kosmische Strahlung als Aluminium. Eine im Marshall Space Flight Center entwickelte Form von verstärktem Polyethylen ist zehnmal stärker als Aluminium und auch leichter. Dies könnte ein Material der Wahl für den Bau von Raumschiffen werden, wenn es billig genug hergestellt werden kann. "Selbst wenn wir nicht das gesamte Raumschiff aus Plastik bauen", bemerkt Cucinotta, "könnten wir es dennoch verwenden, um Schlüsselbereiche wie Mannschaftsunterkünfte abzuschirmen." Dies geschieht bereits an Bord der ISS.
Wenn Kunststoff nicht gut genug ist, ist möglicherweise reiner Wasserstoff erforderlich. Pfund für Pfund blockiert flüssiger Wasserstoff die kosmische Strahlung 2,5-mal besser als Aluminium. Einige fortschrittliche Raumfahrzeugkonstruktionen erfordern große Tanks mit flüssigem Wasserstoff, sodass „wir die Besatzung vor Strahlung schützen können, indem wir den Kraftstofftank um ihren Wohnraum wickeln“, spekuliert Cucinotta.
Können Menschen zum Mars gehen? Cucinotta glaubt es. Aber zuerst müssen wir herausfinden, wie viel Strahlung unser Körper verarbeiten kann und welche Art von Raumschiff wir bauen müssen. In Labors im ganzen Land haben die Arbeiten bereits begonnen.
Ursprüngliche Quelle: NASA Science Story
