Aby se astronauti vyhnuli problémům se zrakem ve vesmíru, budou potřebovat nějaký druh umělé gravitace
Od doby, kdy astronauti začali létat do vesmíru na delší dobu, je známo, že dlouhodobé vystavení nulové gravitaci nebo mikrogravitaci má svůj podíl na zdravotních účincích. Patří mezi ně svalová atrofie a ztráta hustoty kostí, ale také se rozšiřují do jiných oblastí těla, což vede ke snížení funkce orgánů, krevního oběhu a dokonce i genetickým změnám.
Z tohoto důvodu byly na palubě Mezinárodní vesmírné stanice (ISS) provedeny četné studie s cílem určit rozsah těchto účinků a jaké strategie lze použít k jejich zmírnění. Podle a nové studium které se nedávno objevily v International Journal of Molecular Sciences ,tým výzkumníků financovaných NASA a JAXA ukázal jak umělá gravitace by měla být klíčovou součástí jakýchkoli budoucích dlouhodobých plánů ve vesmíru.
Jak již bylo uvedeno, bylo provedeno značné množství výzkumů s cílem identifikovat a kvantifikovat účinky mikrogravitace na lidské tělo. Dobrým příkladem toho je Studie dvojčat vedená NASA Program lidského výzkumu (HRP), která zkoumala účinky na tělo astronauta Scotta Kellyho poté, co strávil rok na palubě Mezinárodní vesmírná stanice – pomocí svého dvojčete Marka Kellyho jako ovládání.
Astronautka NASA Nicole Stott, letová inženýrka Expedice 20/21, je na snímku poblíž systému MDS (Mice Drawer System) v laboratoři Kibo Mezinárodní vesmírné stanice. Kredit: NASA
Tyto a další studie potvrdily, že vystavení mikrogravitaci může ovlivnit nejen hustotu kostí a svalovou hmotu, ale také imunitní funkce, okysličení krve, kardiovaskulární zdraví a dokonce i možné genomické a kognitivní změny. Kromě toho je zrak také něčím, co může být ovlivněno časem stráveným ve vesmíru, což je výsledek menšího oběhu a kyslíku, který se dostává do oční tkáně.
Ve skutečnosti asi 30 % astronautů na krátkodobých letech raketoplánu (zhruba dva týdny) a 60 % na dlouhodobých misích na ISS hlásilo určité zhoršení zraku. V reakci na to profesor Michael Delp – děkan College of Human Sciences na Floridské státní univerzitě (FSU) a spoluautor článku – a jeho kolegové doporučují, aby umělá gravitace byla začleněna do budoucích misí.
Po léta as podporou NASA Delps studuje vliv mikrogravitace na zrak astronautů. Jak řekl nedávno Tisková zpráva FSU :
„Problém je v tom, že čím déle jsou astronauti ve vesmíru, tím je pravděpodobnější, že budou postiženi zrakem. Někteří astronauti se zotaví ze změn vidění, ale někteří ne. To je tedy pro NASA a vesmírné agentury po celém světě vysokou prioritou. S touto aplikací umělé gravitace jsme zjistili, že zcela nezabránila změnám oka, ale neviděli jsme nejhorší výsledky.“
Vnější pohled na Stanfordský torus. Uprostřed dole je neotočné primární sluneční zrcadlo, které odráží sluneční světlo na šikmý prstenec sekundárních zrcadel kolem náboje. Malba Donalda E. Davise
Aby se zjistilo, zda umělá gravitace zmírní tyto účinky, Delp se spojil s výzkumníky z Japonská agentura pro letecký průzkum (JAXA) v vůbec první spolupráci. Připojil se k nim profesor Xiao Wen Mao (hlavní autor studie) z Linda Loma University a také členové z University of Arkansas pro lékařské vědy, Arkansas Children’s Research Institute a University of Tsukuba.
Tým poté zkoumal změny v očních tkáních myší poté, co strávily 35 dní na palubě ISS. Testované subjekty se skládaly z 12 devítitýdenních myších samců, kteří byli letecky převezeni z Kennedyho vesmírného střediska a umístěni v myši. Jednotka biotopů (HCU) v JAXA Laboratoř „Kibo“. na ISS. V průběhu pobytu byly myši rozděleny do dvou skupin.
Zatímco jedna skupina žila v okolních podmínkách mikrogravitace, druhá žila v odstředivé biotopové jednotce, která produkovala 1Gumělé gravitace (ekvivalent zemské gravitace). Z toho výzkumný tým zjistil, že první skupina utrpěla poškození krevních cév, které jsou důležité pro regulaci tlaku tekutiny v očích.
'Když jsme na Zemi, gravitace stahuje tekutinu dolů k našim nohám,' řekl Phelps . 'Když ztratíte gravitaci, tekutina se přesune směrem k hlavě.' Tento posun tekutin ovlivňuje cévní systém v celém těle a nyní víme, že ovlivňuje také krevní cévy v oku.“
Výřez Stanford Torus. Rotace torusu poskytuje uvnitř normální gravitaci Země. Kredit: Rick Guidice/NASA
Kromě toho tým poznamenal, že profily proteinové exprese se také změnily v očích myší v důsledku mikrogravitace. Pro srovnání, myši, které strávily čas v centrifuze, nezaznamenaly ani zdaleka takové poškození očních tkání. Tyto výsledky naznačují, že umělá gravitace, pravděpodobně ve formě rotujících sekcí nebo odstředivek, bude nezbytnou součástí pro dlouhodobé vesmírné mise.
Jak jdou koncepty, použití umělé gravitace ve vesmíru není nic nového. Kromě toho, že jde o dobře prozkoumaný koncept ve sci-fi, vesmírné agentury se o něm zabývaly jako o možném způsobu, jak zajistit trvalou lidskou přítomnost ve vesmíru. Zářným příkladem toho je Vesmírná osada Stanford Torus , hlavní design, který byl zvažován Letní studie NASA z roku 1975 .
Jako společné úsilí mezi Ames Research Center NASA a Stanfordskou univerzitou se tento desetitýdenní program skládal z profesorů, technických ředitelů a studentů, kteří se sešli, aby vytvořili vizi toho, jak by lidé někdy mohli žít ve velké vesmírné kolonii. Výsledkem toho byl koncept vesmírné stanice podobné kolu, která by se otáčela, aby poskytovala pocit buď normální Země, nebo částečné gravitace.
Kromě toho byly u kosmických lodí zvažovány rotační torusy, aby se zajistilo, že astronauti na dlouhodobých misích mohou omezit svůj čas v mikrogravitaci. Dobrým příkladem toho je Neatmosférický univerzální transport určený pro zdlouhavý průzkum Spojených států (Nautilus-X), koncept vesmírné lodi s více misemi, který v roce 2011 vyvinuli inženýři Mark Holderman a Edward Henderson z týmu pro hodnocení technologických aplikací NASA.
Globální pohled na víceúčelové vesmírné vozidlo Nautilus-X navržené NASA. Poděkování: Mark L Holderman – tým pro hodnocení technologických aplikací NASA
Stejně jako u předchozího výzkumu i tato studie zdůrazňuje důležitost zachování zdraví astronautů během dlouhodobých misí ve vesmíru a také dlouhodobých cest. Tato studie se však vyznačuje tím, že je první ze série navržených tak, aby lépe porozuměla poškození zraku mezi astronauty.
'Doufáme, že pokračující silná vědecká spolupráce nám pomůže shromáždit experimentální výsledky potřebné k přípravě na budoucí průzkum hlubokého vesmíru s lidskou posádkou,' řekl Dai Shiba, vedoucí výzkumník pro JAXA a spoluautor článku. Mao, hlavní autorka studie, také uvedla, že doufá, že tento výzkum půjde nad rámec průzkumu vesmíru a bude mít aplikace zde na Zemi:
'Doufáme, že naše zjištění nejen charakterizují vliv prostředí kosmických letů na oči, ale přispějí k novým lékům nebo léčbě problémů se zrakem vyvolaných letem do vesmíru, stejně jako dalších poruch spojených se Zemí, jako je věkem podmíněná makulární degenerace a retinopatie.'
Není pochyb o tom, že pokud jde o budoucnost vesmírného průzkumu, stojí před námi mnoho výzev. Nejen, že musíme vyvinout kosmické lodě, které dokážou kombinovat palivovou účinnost a výkon, musíme snížit náklady na jednotlivé starty a přijít na způsoby, jak zmírnit zdravotní rizika dlouhodobých misí. Kromě účinků mikrogravitace existuje také problém dlouhodobého vystavení slunečnímu a kosmickému záření.
A nezapomínejme, že mise na měsíční povrch a Mars se budou muset potýkat s dlouhodobým vystavením nižší gravitaci, zejména pokud jde o základny. Jako takové by nebylo přitažené za vlasy představit si, že by se tori a centrifugy mohly v blízké budoucnosti stát běžnou součástí vesmírného průzkumu!
Další čtení: Novinky FSU , International Journal of Molecular Sciences .