عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.
قد تشكل الأشعة الكونية تحديًا رئيسيًا يجب مواجهته في الطريق إلى المريخ. . | الائتمان: روبرت ليا (تم إنشاؤه باستخدام Canva)
تم نشر هذه المقالة أصلا في المحادثة. ساهم المنشور بالمقال في موقع Space.com أصوات الخبراء: افتتاحية ورؤى.
كانت الخطوة الأولى على سطح القمر واحدة من أكثر إنجازات البشرية إثارة. والآن يخطط العلماء لرحلات العودة، ويحلمون بذلك المريخ وَرَاءَ.
ناسا في العام المقبل مهمة أرتميس الثاني سيتم إرسال أربعة رواد فضاء للتحليق حول القمر لاختبار المركبة الفضائية قبل عمليات الهبوط المستقبلية. وفي العام التالي، من المتوقع أن يقوم رائدا فضاء باستكشاف سطح القمر لمدة أسبوع كجزء من برنامج ناسا. مهمة أرتميس الثالث.
وأخيرًا، تم التخطيط للرحلة إلى المريخ ثلاثينيات القرن الحادي والعشرين. ولكن هناك تهديد غير مرئي يقف في الطريق: الأشعة الكونية.
عندما ننظر إلى السماء ليلاً نرى النجوم والكواكب القريبة. إذا كنا محظوظين بما فيه الكفاية للعيش في مكان ما دون تلوث ضوئي، فقد نتمكن من التقاط النيازك التي تنزلق عبر السماء. لكن الأشعة الكونية – المكونة من البروتونات ونواة الهيليوم والأيونات الثقيلة والإلكترونات – تظل مخفية. وهي تتدفق من النجوم المتفجرة (الأشعة الكونية المجرية) ومن شمسنا (أحداث الجسيمات الشمسية).
إنهم لا يميزون. تحمل هذه الجسيمات الكثير من الطاقة وتتحرك بسرعة كبيرة بحيث يمكنها إخراج الإلكترونات من الذرات وتعطيل البنية الجزيئية لأي مادة. وبهذه الطريقة، يمكنهم تدمير كل شيء في طريقهم، سواء الآلات أو البشر.
إن المجال المغناطيسي للأرض والغلاف الجوي يحمينا من معظم هذا الخطر. لكن خارج نطاق حماية الأرض، سوف يتعرض المسافرون إلى الفضاء بشكل روتيني. في الفضاء السحيق، يمكن للأشعة الكونية أن تكسر خيوط الحمض النووي، وتعطل البروتينات وتلحق الضرر بالمكونات الخلوية الأخرى، مما يزيد من خطر الإصابة بأمراض خطيرة مثل السرطان.
التحدي البحثي واضح ومباشر: قياس مدى تأثير الأشعة الكونية على الكائنات الحية، ثم تصميم استراتيجيات للحد من أضرارها.
من الناحية المثالية، سيقوم العلماء بدراسة هذه التأثيرات عن طريق إرسال الأنسجة، عضوي (هياكل تشبه الأعضاء مصطنعة) أو حيوانات المختبر (مثل الفئران) مباشرة إلى الفضاء. وهذا يحدث بالفعل، لكنه مكلف وصعب. النهج الأكثر عملية هو محاكاة الإشعاع الكوني على الأرض باستخدام مسرعات الجسيمات.
أجهزة محاكاة الأشعة الكونية في نحن و ألمانيا تعريض الأنسجة والنباتات والحيوانات لمكونات مختلفة من الأشعة الكونية بالتسلسل. دولية جديدة منشأة مسرع وسوف تصل طاقات أعلى، والتي يجري بناؤها في ألمانيا، إلى مستويات تطابق المستويات الموجودة في الفضاء والتي لم يتم اختبارها من قبل على الكائنات الحية.
لكن عمليات المحاكاة هذه ليست واقعية تمامًا. تقدم العديد من التجارب جرعة المهمة بأكملها في علاج واحد. وهذا مثل استخدام التسونامي لدراسة آثار المطر.
في الفضاء الحقيقي، تصل الأشعة الكونية كخليط من الجسيمات عالية الطاقة التي تضرب في وقت واحد، وليس نوع واحد في كل مرة. زملائي وأنا اقترحت بناء معجل متعدد الفروع يمكنه إطلاق عدة حزم جسيمية قابلة للضبط في وقت واحد، مما يعيد إنشاء الإشعاع المختلط للفضاء السحيق في ظل ظروف معملية خاضعة للرقابة. لكن في الوقت الحالي، لا يوجد هذا النوع من المرافق إلا كمقترح.
وإلى جانب الاختبارات الأفضل، نحتاج إلى حماية أفضل. تبدو الدروع المادية بمثابة الدفاع الأول الواضح. المواد الغنية بالهيدروجين مثل البولي ايثيلين وامتصاص الماء الهلاميات المائية يمكن أن تبطئ الجسيمات المشحونة. وعلى الرغم من استخدامها، أو التخطيط لاستخدامها، كمواد للمركبات الفضائية، إلا أن فوائدها محدودة.
وعلى وجه الخصوص، تكون الأشعة الكونية المجرية، تلك التي تصل من النجوم المنفجرة البعيدة، نشطة للغاية بحيث يمكنها اختراق الدرع المادي. يمكنهم حتى توليد إشعاع ثانوي يزيد من التعرض. لذا، فإن الحماية الفعالة باستخدام الدروع المادية فقط تظل تحديًا كبيرًا.
الأشعة الكونية قد تقف في طريق وصول البشرية إلى المريخ | الائتمان: ناسا
درع الطبيعة
ولهذا السبب يقوم العلماء باستكشاف الاستراتيجيات البيولوجية. أحد الأساليب هو استخدام مضادات الأكسدة. يمكن لهذه الجزيئات حماية الحمض النووي من المواد الكيميائية الضارة التي يتم إنتاجها عندما تضرب الأشعة الكونية الخلايا الحية.
المكمل بـ CDDO-EA، أحد مضادات الأكسدة الاصطناعية، يقلل من الضرر المعرفي الناجم عن الإشعاع الكوني المحاكى في إناث الفئران. وفي الدراسة، تعلمت الفئران المعرضة للإشعاع الكوني المحاكى مهمة بسيطة بشكل أبطأ مقارنة بالفئران غير المعرضة. ومع ذلك، فإن الفئران التي تلقت مضادات الأكسدة الاصطناعية كان أداؤها طبيعيًا على الرغم من تعرضها لمحاكاة الإشعاع الكوني.
هناك نهج آخر يتضمن التعلم من الكائنات الحية ذات القدرات غير العادية. الكائنات السباتية تصبح أكثر مقاومة للإشعاع أثناء السبات. الآليات الخاصة بكيفية حماية السبات من الإشعاع ليست مفهومة بالكامل بعد. ومع ذلك، فإن إحداث ظروف تشبه السبات في الحيوانات غير السباتية أمر ممكن ويمكن أن يجعلها أكثر مقاومة للإشعاع.
بطيئات المشية – الكائنات المجهرية المعروفة أيضًا باسم الدببة المائية – هي أيضًا مقاومة للغاية للإشعاع، خاصة عند الجفاف. على الرغم من أننا لا نستطيع إسبات أو تجفيف رواد الفضاء، إلا أن الاستراتيجيات التي تستخدمها هذه الكائنات لحماية المكونات الخلوية قد تساعدنا في الحفاظ على الكائنات الحية الأخرى أثناء الرحلات الفضائية الطويلة.
الميكروباتوالبذور ومصادر الغذاء البسيطة وحتى الحيوانات التي يمكن أن تصبح فيما بعد رفاقنا قد يتم الاحتفاظ بها في حالة محمية لفترة من الوقت. وفي ظل ظروف أكثر هدوءًا، يمكن بعد ذلك إعادتهم إلى النشاط الكامل. ولذلك، فإن فهم آليات الحماية هذه وتسخيرها يمكن أن يكون أمرًا بالغ الأهمية لرحلات الفضاء المستقبلية.
وتركز الإستراتيجية الثالثة على دعم استجابات الكائنات الحية للضغط النفسي. دفعت عوامل الضغط على الأرض، مثل الجوع أو الحرارة، الكائنات الحية إلى تطوير دفاعات خلوية تحمي الحمض النووي والمكونات الخلوية الأخرى. في الآونة الأخيرة طبعة أولية (ورقة بحثية لم تتم مراجعتها بعد)، اقترحت أنا وزميلي أن تفعيل هذه الآليات من خلال أنظمة غذائية أو أدوية محددة قد يوفر حماية إضافية في الفضاء.
الدروع المادية وحدها لن تكون كافية. ولكن مع الاستراتيجيات البيولوجية، والمزيد من التجارب في الفضاء وعلى الأرض، وبناء مجمعات تسريع مخصصة جديدة، تقترب البشرية من جعل السفر الروتيني إلى الفضاء حقيقة واقعة. وبالسرعة الحالية، ربما نكون على بعد عقود من حل مشكلة الحماية من الأشعة الكونية بشكل كامل. ومن الممكن أن تؤدي زيادة الاستثمار في أبحاث الإشعاع الفضائي إلى تقصير هذا الجدول الزمني.
الهدف النهائي هو السفر إلى ما وراء الفقاعة الواقية للأرض دون التهديد المستمر للجسيمات غير المرئية عالية الطاقة التي تلحق الضرر بأجسامنا ومركباتنا الفضائية.