میدانیم فضانوردان چقدر تشعشع دریافت می‌کنند، اما چگونه از آن جلوگیری کنیم؟

در حالی که مأموریت Artemis 1 ناسا فقط چند هفته به طول انجامید، اما داده‌های ارزشمندی درباره میزان قرارگیری در معرض تشعشعات ارائه کرد که دانشمندان می‌توانند از آن برای پیش‌بینی خطرات تشعشعات برای خدمه آینده مریخ استفاده کنند. این اندازه‌گیری‌ها نه تنها مدل‌های پیش‌بینی تشعشعات موجود را تأیید کردند، بلکه بینش‌های غیرمنتظره‌ای درباره اثربخشی استراتژی‌های حفاظتی در برابر تشعشعات نیز ارائه دادند.

تشعشعات فضایی یکی از مهم‌ترین خطرات سلامتی برای فضانوردانی است که از میدان مغناطیسی زمین فراتر می‌روند. برخلاف تشعشعات حاصل از اشعه ایکس پزشکی یا منابع هسته‌ای روی زمین، تشعشعات فضایی شامل پرتوهای کیهانی پرانرژی و رویدادهای ذرات خورشیدی هستند که می‌توانند به‌راحتی از مواد محافظ سنتی عبور کنند. زمانی که این ذرات با بافت‌های انسانی برخورد می‌کنند، می‌توانند DNA را تخریب کنند، خطر سرطان را افزایش دهند و سیستم ایمنی را تضعیف کنند. این اثرات به‌مرور زمان تجمعی هستند، به این معنا که مأموریت‌های طولانی‌مدت مانند سفر به مریخ، میزان قرارگیری در معرض تشعشعات و خطرات سلامتی را به‌شدت افزایش می‌دهند.

خدمه ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) دوز تشعشعاتی مشابه با کارگران نیروگاه‌های هسته‌ای دریافت می‌کنند، زیرا هنوز تحت محافظت نسبی از میدان مغناطیسی زمین هستند، اما فضانوردانی که به مریخ سفر می‌کنند، در طول سفر چندماهه خود با سطح بسیار بالاتری از تشعشعات روبه‌رو خواهند شد. ناسا تخمین می‌زند که یک مأموریت به مریخ می‌تواند فضانوردان را در معرض سطحی از تشعشعات قرار دهد که از حد مجاز حرفه‌ای آن‌ها فراتر می‌رود، بنابراین طراحی محافظ‌های مؤثر در برابر تشعشعات، یکی از چالش‌های کلیدی در اکتشافات اعماق فضا محسوب می‌شود.

مقاله‌ای که اخیراً توسط تیمی به سرپرستی تونی سی. اسلابا از مرکز تحقیقاتی Langley ناسا منتشر شده، با استفاده از مدل‌های کامپیوتری و داده‌های جمع‌آوری‌شده از آشکارسازهای موجود در ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS)، فضاپیمای اوریون (Orion)، ماهواره BioSentinel CubeSat و همچنین تجهیزات مستقر در سطح مریخ، خطرات سلامتی پروازهای فضایی بلندمدت را ارزیابی کرده است. این داده‌ها که در بازه زمانی مأموریت Artemis-1 (کمتر از یک ماه) جمع‌آوری شده‌اند، امکان ایجاد یک مدل کامل مأموریتی برای سفر به مریخ را فراهم کرده‌اند.

تشعشعات فضایی به دو شکل اصلی وجود دارند که هم برای فضانوردان و هم برای فضاپیماها خطرناک هستند:

1. رویدادهای ذرات خورشیدی (Solar Particle Events – SPEs) که در طول طوفان‌های خورشیدی رخ می‌دهند و باعث آزاد شدن ناگهانی ذرات پرانرژی از خورشید می‌شوند.
2. پرتوهای کیهانی (Galactic Cosmic Rays – GCRs) که به‌طور مداوم از اعماق فضا ساطع می‌شوند و بسیار نفوذپذیر هستند.

یافته‌های این تحقیق نشان داد که مدل‌های پیش‌بینی موجود با دقت قابل قبولی نتایج واقعی را تخمین می‌زنند. اختلاف بین پیش‌بینی‌ها و اندازه‌گیری‌های واقعی برای ایستگاه فضایی بین‌المللی حدود ۱۰ تا ۲۵ درصد، برای شرایط فضای عمیق ۴ درصد و برای سطح مریخ ۱۰ درصد بوده است. این سطح دقت باعث افزایش اطمینان در مدل‌های موجود و برنامه‌ریزی‌های محافظتی برای مأموریت‌های آینده شده است.

با این حال، بررسی‌های انجام‌شده نشان داده‌اند که روش‌های حفاظتی سنتی تا حد زیادی در برابر پرتوهای کیهانی ناکارآمد هستند. در برخی موارد، استفاده بیش‌ازحد از محافظ یا انتخاب نامناسب مواد محافظتی می‌تواند منجر به افزایش میزان تشعشع شود! این پدیده زمانی رخ می‌دهد که پرتوهای اولیه، هنگام برخورد با مواد محافظ، ذرات ثانویه‌ای تولید می‌کنند که حتی می‌توانند از پرتوهای اولیه خطرناک‌تر باشند. همچنین مشخص شد که سطح تشعشعات بسته به موقعیت فضانوردان و پیکربندی محافظ‌ها، به‌شدت متفاوت است، که این موضوع چالشی جدی برای مهندسان محسوب می‌شود.

قرار گرفتن در معرض تشعشعات، یکی از بزرگ‌ترین موانع برای اکتشافات فضایی انسانی است. این مطالعه نشان می‌دهد که مدل‌های ما برای ارزیابی خطرات تشعشعی دقیق و قابل‌اعتماد هستند، و توانایی پیش‌بینی این خطرات، نقش اساسی در محافظت از فضانوردان در برابر پیامدهای جدی سلامتی ایفا می‌کند. درک بهتر این خطرات مستقیماً بر طراحی فضاپیماها و برنامه‌ریزی مأموریت‌ها به فراتر از مدار زمین تأثیر می‌گذارد. حالا لازم است تحقیقات بیشتری برای توسعه سیستم‌های حفاظتی مؤثرتر در برابر تشعشعات فضایی انجام شود تا مسافران فضایی در برابر این خطرات طولانی‌مدت بهتر محافظت شوند.

نتیجه‌گیری از این تحقیق می‌تواند شامل چند نکته کلیدی باشد:

1. خطرات تشعشعات فضایی برای فضانوردان: سفر به مریخ فضانوردان را در معرض سطوح بسیار بالاتری از تشعشعات فضایی قرار می‌دهد که می‌تواند بر سلامت آن‌ها تأثیر منفی بگذارد. این تشعشعات می‌توانند موجب آسیب به DNA، افزایش خطر سرطان و تضعیف سیستم ایمنی شوند.
2. اثربخشی حفاظ‌های موجود: روش‌های حفاظتی سنتی در برابر پرتوهای کیهانی (Galactic Cosmic Rays) کمتر مؤثر هستند و در برخی موارد، استفاده نامناسب از مواد حفاظتی می‌تواند میزان تشعشعات را افزایش دهد.
3. پیش‌بینی دقیق تشعشعات: مدل‌های پیش‌بینی فعلی برای تشعشعات فضایی دقت نسبتاً بالایی دارند و قادرند مقادیر واقعی را با خطای ۱۰-۲۵ درصد پیش‌بینی کنند، که این امر می‌تواند به برنامه‌ریزی بهتر برای مأموریت‌های فضایی آینده کمک کند.
4. چالش‌های طراحی محافظ‌ها: برای مأموریت‌های بلندمدت مانند سفر به مریخ، طراحی سیستم‌های حفاظتی مؤثر در برابر تشعشعات یکی از بزرگ‌ترین چالش‌ها خواهد بود. تحقیقات بیشتری برای توسعه محافظ‌های بهتر و ارزیابی دقیق‌تر خطرات تشعشعات لازم است.
5. اهمیت ارزیابی دقیق خطرات: ارزیابی دقیق خطرات تشعشعی، نقشی حیاتی در حفاظت از فضانوردان و طراحی مأموریت‌های فضایی دارد. این ارزیابی‌ها تأثیر زیادی بر ساخت فضاپیماها و برنامه‌ریزی مأموریت‌ها خواهند داشت.

در نتیجه، برای موفقیت مأموریت‌های فضایی بلندمدت مانند سفر به مریخ، نیاز به تحقیقات بیشتر و طراحی‌های حفاظتی بهینه برای محافظت از فضانوردان در برابر خطرات تشعشعات فضایی احساس می‌شود.