2014-04-29

Космічні подорожі

5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 5.00 (1 голос)

Космічні подорожі

Звичайно космічні подорожі - не заміський пікнік. У пілотованих польотах до Марсу або ще далі людину чекають страшні небезпеки. Мільйони років життя на Землі розвивалася під надійним захистом: озоновий шар охороняє планету від ультрафіолетових променів, магнітне поле захищає від сонячних спалахів і космічної радіації, а товста атмосфера прикриває від метеорів, які встигають згоріти в її товщі. Помірні температури і коливання атмосферного тиску здаються нам природними. Але в глибокому космосі нам доведеться зіткнутися з тим фактом, що більша частина Всесвіту знаходиться у стані хаосу, доведеться зіткнутися зі смертельно небезпечними радіаційними поясами і метеоритними роями.

Перша проблема тривалих космічних подорожей, яку необхідно вирішити, це невагомість. Проведені довготривалі дослідження невагомості показали, що тіло людини в космосі втрачає необхідні для життя мінерали і хімічні речовини набагато швидше, ніж очікувалося. Не рятує навіть жорстка програма фізичних вправ: після року на орбітальній станції кістки і м'язи космонавтів так атрофуються, що після повернення на Землю вони в стані тільки повзати, як немовлята. Схоже, що неодмінними наслідками тривалого перебування в невагомості під час космічного перельоту є атрофія м'язів, зношування опорно-рухової системи, зниження рівня виробництва червоних кров'яних тілець, зниження імунної відповіді, ослаблення серцево-судинної діяльності.

Політ на Марс, який може тривати від кількох місяців до року, знаходиться на краю границі витривалості наших астронавтів. У тривалих польотах до найближчих зірок ця проблема може виявитися фатальною. Можливо, заради збереження життя екіпажу зорельоту майбутнього доведеться обертатися, створюючи за рахунок відцентрових сил штучне тяжіння. Така вимога сильно ускладнить проектування і підніме вартість зорельота.

Друга проблема полягає в тому, що через присутність у просторі метеоритів, які рухаються зі швидкістю десятків кілометрів на секунду, можливо доведеться обладнати космічні кораблі додатковим захистом. Ретельне обстеження корпусу шаттлів виявило ознаки потрапляння кількох крихітних метеоритів, які легко можуть призвести до смертельної небезпеки. Дуже ймовірно, що на космічних кораблях майбутнього доведеться влаштовувати спеціальне приміщення для екіпажу і постачати його подвійним захистом.

Рівень радіації в глибокому космосі набагато вищий, ніж передбачалося раніше. Так, за час 11-річного циклу сонячні спалахи здатні послати до Землі величезну кількість смертельно небезпечної плазми. Саме це явище не раз змушувало астронавтів на космічній станції шукати додаткового захисту проти потенційно небезпечного нальоту субатомних часток, а прогулянка у відкритому космосі в такий момент була б смертельною. Навіть під час звичайного трансатлантичного перельоту з Лос-Анджелеса в Нью-Йорк ми піддаємося дії випромінювання інтенсивністю приблизно 1 мбер/год. За час перельоту кожен пасажир отримує майже таку ж дозу радіації, як при рентгенівському знімку зуба. У глибокому космосі, де нас вже не захищають ні атмосфера Землі, ні її магнітне поле, радіація може перетворитися на серйозну проблему.

Що б ми не говорили про політ до зірок, які б проекти не розробляли, одна обставина залишається незмінною: навіть якщо ми зуміємо побудувати зореліт, на дорогу до найближчих зірок нам будуть потрібні десятиліття, а то й століття. Для подібного польоту буде потрібно кілька поколінь екіпажу, і до місця призначення доберуться лише нащадки тих, хто вирушив в дорогу.

Одне з рішень цієї проблеми, яке фігурує в таких фільмах, як «Чужий» і «Планета мавп», піддати космічних мандрівників анабіозу; це означає обережно і повільно знизити температуру тіла до такого рівня, на якому майже припиняється здійснення всіх життєвих функцій. Деякі тварини проробляють подібну операцію кожного року під час зимової сплячки. Деякі риби та жаби спокійно собі замерзають, а потім, коли температура підвищується, відтають і оживають.

Біологи, які займалися вивченням цього цікавого явища, вважають, що такі тварини здатні створювати у своєму тілі природний «антифриз», який помітно знижує температуру замерзання води. У риб таким природним антифризом служать певні протеїни, у жаб - глюкоза. Збагативши кров цими протеїнами, риба може жити взимку в Арктиці при температурі -2 °С. Жаби розвинули у себе здатність підтримувати високий рівень глюкози, запобігаючи таким чином формуванню крижаних кристалів. Зовні їх тіла можуть здаватися промороженими наскрізь, але насправді всередині вони не промерзають; всі органи зберігають здатність функціонувати, хоча і в уповільненому темпі.

Але з ссавцями все далеко не так просто. При промерзанні людського тіла всередині клітин починають формуватися кристали льоду. У міру зростання вони протикають і руйнують стінки клітини. Можливо, знаменитостям, які захотіли зберегти свої голови і тіла після смерті замороженими в рідкому азоті, слід було б ще раз замислитися.

Тим не менше останнім часом намітився деякий прогрес у роботі з ссавцями, які в природі не впадають у сплячку, з такими тваринами, як миші і собаки. У 2005 р. вчені з Університету Пітсбурга зуміли повернути до життя собак після того, як з них повністю викачали кров і замінили її на спеціальну дуже холодну рідину. Провівши в стані клінічної смерті три години, собаки ожили, як тільки їм знову запустили серця. Хоча більшість собак після цієї процедури залишилися здоровими, у деяких мозок виявився пошкоджений.

У цьому ж році вчені помістили мишей в камеру, заповнену сірководнем і успішно знизили на 6 годин температуру їхніх тіл до 13 °С. Швидкість метаболізму мишей впала в десять разів. У 2006 р. доктори з Головного массачусетського госпіталю в Бостоні ввели мишей і свиней в стан сповільненої життєдіяльності, або анабіозу, також за допомогою сірководню.

У майбутньому подібна процедура, цілком можливо, почне рятувати життя постраждалим у серйозних катастрофах або від серцевого нападу, тобто в тих випадках, коли дорога кожна секунда. Не виключено, що анабіоз дасть лікарям можливість «зупиняти час», а пацієнтам - дочекатися необхідної допомоги. Але пройдуть десятиліття, перш ніж цю методику можна буде застосувати до астронавтів-людей, тим більше, що їм можливо доведеться провести в стані анабіозу не одне століття.

Космічні подорожі і радіація

Людство щосили рветься в космос. У найближчому майбутньому ми побачимо перший пілотований політ на Марс, нас чекають космічні подорожі і на більш далекі дистанції. Але перед тим як космонавти полетять підкорювати незвідані світи, ученим належить знайти оптимальний захист від найпідступнішої небезпеки міжпланетних перельотів - космічної радіації. Інакше, нам ніколи не вдасться вирватися з Сонячної системи і проникнути в далекий космос.

Щоб досягти червоної планети, космічним мандрівникам належить три роки провести у замкнутому просторі, де кожен день поруч будуть знаходитися одні й ті ж особи. Як показує досвід космонавтів, що працювали на орбітальних станціях, стримувати свої емоції в подібній обстановці дуже непросто. А що буде, якщо у всіх мешканців корабля в один день відмовить самоконтроль?

Така гіпотетична ситуація може стати реальністю, адже всюдисуща космічна радіація становить небезпеку для розуму космонавта. Прошиваючи наскрізь людський організм, частки вибірково вбивають стовбурові клітини в головному мозку. Саме до такого висновку прийшли дослідники з об'єднаної наукової групи NASA. Представники чотирьох найбільших науково-дослідних центрів США в галузі космонавтики вважають міжпланетні перельоти неможливими, поки не буде винайдено захист від радіаційного випромінювання.

Значення стовбурових клітин у живому організмі важко переоцінити. Тільки вони вміють оновлюватися, відтворюватися і породжувати інші класи клітин. І ось, ставлячи досліди на лабораторних мишах, вчені виявили, що саме ці найважливіші клітини найбільш уразливі перед великими дозами радіації.

Для дослідів біологи вивели спеціальний підвид генномодифікованих мишей, у яких стовбурові клітини були «позначені» флуоресціюючою речовиною, що полегшує їх виявлення та ідентифікацію. Модифікація була проведена таким чином, щоб клітина переставала світитися при перетворенні на нейрон.

Потім мишей піддали опроміненню дозою радіації, аналогічній тій, що отримають космонавти за три роки марсіанського польоту. Виявилося, що випромінювання впливає на спеціальну групу клітин в гіпокампі, який відповідає за здатність до навчання і навички самоконтролю. Отримані в результаті стовбурові клітини вчені охрестили «мовчазними», оскільки з усіх функцій у них збереглася лише здатність до розмноження.

Подальші спостереження показали, що уражені клітини можуть повністю відновитися, але на це буде потрібно дуже багато часу. Для початку вона продовжує ділитися, оточуючи себе безліччю повністю функціональних-«дочок». Коли навколо набереться досить велика їх кількість, вражений елемент ніби «включається» і повертається до свого нормального стану. Проте подібний сценарій спрацьовує лише в одному випадку з трьох, в інших же ситуаціях стовбурова клітина гине, не встигнувши породити «наступників».

Доктор нейробіології Лабораторії Колд Спрінг Харбор Григорі Еніколопов так коментує отримані результати: «Для нас стало несподіванкою, що радіація впливає на здатність до поділу клітини подібним чином. Це може змусити переглянути ставлення до радіотерапії, що застосовується при лікуванні раку. До того ж існують і інші види випромінювання, реакцію стовбурових клітин на які ми ще не вивчили, але підозрюємо, що вона буде не кращою».

При роботі на навколоземній орбіті або в районі Місяця космонавтові не потрібні ніякі спеціальні захисні пристосування - його захищає від космічної радіації магнітне поле Землі. Але як тільки ми намірилися вирватися за межі цього поля, гостро постане питання про необхідні засоби захисту. Для NASA, що анонсувало пілотований політ на Марс у 2020 році, ця проблема стає все більш актуальною, а її рішення треба знайти в найкоротші терміни.

«В даний час ми знаємо дуже мало про космічну радіацію, особливо про важкі частинки, що містяться в ній. Мало того, в космосі можуть зустрічатися різні види випромінювання, а не тільки ті, які були вивчені в лабораторних умовах, - говорить представник Космічного центру NASA імені Кеннеді Філіп Скарпа. - Виявлена чутливість стовбурових клітин вимагає від нас перевірити дію радіації на всі органи людини і визначити допустимі дози опромінення».

За матеріалами: quantum-tech.ru, sunhome.ru.

 

Читайте також:

 

Коментарі:

blog comments powered by Disqus