Cómo la radiación espacial amenaza la exploración lunar | Ciencia

Este artículo fue publicado originalmente en supercúmuloun sitio web dedicado a contar las mejores historias del espacio exterior de la humanidad.

La NASA se está preparando para devolver a los astronautas a la superficie lunar. Y esta vez con objetivos más ambiciosos.

Esas misiones, que tuvo un inicio exitoso con Artemis-1, establecerá las bases para la habitación humana de meses de duración en la superficie lunar. Los campamentos base propuestos presentarán oportunidades únicas para probar tecnología, desentrañar secretos científicos sobre el pasado y el presente de la Luna, buscar la presencia de agua y más.

Pero antes de que nuestra base lunar de ciencia ficción se convierta en realidad, los astronautas deben realizar una variedad de tareas en la superficie lunar, incluida la exploración del sitio, la construcción y la extracción de recursos. Para todas estas tareas y las operaciones intermedias, la radiación espacial representa una amenaza para los viajeros espaciales que las realizan.

Entre 1968 y 1972, las misiones Apolo llevaron a una docena de astronautas a la Luna y de regreso. Pero todas estas misiones fueron breves: la más larga duró solo unos 12 días. Ya hemos estado allí antes, pero los efectos de la radiación espacial aún son poco conocidos, y comprender sus efectos en el cuerpo humano es vital para misiones de meses.

Una descarga de partículas poderosas

El campo magnético y la atmósfera de la Tierra la protegen de la radiación peligrosa y salvaguardan la vida en el planeta. Los mundos exteriores a los que se ha dirigido la humanidad son increíblemente hostiles en comparación. Incluso una hora sin la protección adecuada podría ser letal, ya que las partículas cargadas atraviesan constantemente la piel humana. Esto pinta un cuadro sombrío para futuras exploraciones.

Incluso nuestra Luna es un lugar peligroso y desolado, sin atmósfera y sin protección contra una lluvia constante de radiación emitida por nuestro Sol. Además del Sol, los astronautas también están sujetos a otras fuentes de radiación en la Luna.

Lo primero a considerar son los rayos cósmicos galácticos (GCR) liberados por la explosión de estrellas en el espacio profundo. Y luego están las partículas creadas en el suelo lunar, como resultado de las interacciones entre las partículas energéticas solares del Sol y los rayos cósmicos galácticos. Las partículas solares son menos energéticas que los rayos cósmicos galácticos, “pero cuando hay un evento de partículas solares, su flujo puede ser mucho mayor que el de los rayos cósmicos galácticos”, dijo Robert F. Wimmer-Schweingrube de la Universidad de Kiel en Alemania.

En los anales de los vuelos espaciales tripulados, agosto de 1972 es inolvidable Una serie de intensas erupciones solares explotaron de forma intermitente durante más de una semana. Una llamarada solar es un estallido de partículas cargadas de la superficie turbulenta del Sol. Hay cinco clases: A, B, C, M y X, que varían en tamaño desde la más pequeña hasta la más peligrosa. La intensa tormenta solar de 1972, que fue una llamarada de clase X, se originó a partir de una mancha solar llamada MR 11976.

La tripulación del Apolo 16 había aterrizado en la Tierra en abril y el viaje final del Apolo 17 estaba programado para diciembre. Se evitó por poco un desastre potencial. Los astronautas que pisaron la superficie lunar habrían muerto por la radiación, y la furia de la tormenta también se sintió en la Tierra: interrumpió las redes de energía y comunicación en varias partes de América del Norte.

Pasaje peligroso

La radiación espacial plantea una preocupación no solo en la superficie, sino también en el viaje de ida y vuelta. Alrededor de la Tierra hay peligrosos anillos de radiación, los cinturones de Van Allen, que consisten en partículas altamente cargadas capturadas por los campos magnéticos del planeta. Cuanto más tiempo pase a través de estos cinturones, mayor será el riesgo de envenenamiento por radiación.

Hay dos anillos de radiación. El primero comienza a una altura de 600 km y se extiende a 6.000 km. El segundo anillo mortal se extiende entre 10.000 y 65.000 kilómetros sobre la Tierra. La intensidad de este último solo empeora a medida que se desatan las tormentas solares. Afortunadamente, la Estación Espacial permanece intacta y protegida en la órbita terrestre baja a 230 millas, pero aunque nuestra nave espacial lunar está diseñada para proteger a su tripulación, la avalancha de partículas letales aún puede filtrarse en su interior.

Entonces, ¿cómo lograron las misiones Apolo anteriores navegar por esta área desafiante? Velocidad. Las pasadas misiones Apolo siguieron una trayectoria estrecha para evitar la parte más radiactiva de los cinturones y atravesaron a gran velocidad. Los científicos determinaron que la velocidad óptima para una nave espacial con tripulación era aproximadamente 25.000 km/h con un tiempo de tránsito total de 68,1 minutos.

Levadura de panadería radiactiva

En esta nueva era espacial, el temor a la radiación aún acecha. Y se necesitan nuevas respuestas. La misión Artemis-1 llevó maniquíes y otros experimentos biológicos para estudiar la exposición.

Las células de levadura que vuelan en la misión requieren poco mantenimiento por factores como el agua, la temperatura o los nutrientes. La levadura actúa como organismo modelo en los estudios de daño del ADN, y su respuesta ha sido bien estudiada. Un análogo casi perfecto de los genes humanos es la levadura de panadería (Saccharomyces cerevisiae). Este microorganismo unicelular puede dar información sobre cómo los organismos vivos se enfrentan a la peligrosa radiación cósmica.

El experimento trata de desentrañar complicados acertijos relacionados con la radiación espacial. ¿Qué efectos tienen las partículas cargadas en el ADN, las células y los tejidos humanos? ¿Qué grado de daño en el ADN hay? ¿Qué genes eran resistentes a la radiación?

Peter Guida, un biólogo de la NASA explica en un declaración: “Las bases del ADN (adenina, guanina, citosina y timina) también pueden ser eliminadas. La célula intentará reparar estos daños. A veces es eficaz ya veces no, ya veces puede estar mal reparado. Los genes que se han reparado mal pueden convertirse en mutaciones, y la acumulación de estas mutaciones con el tiempo puede conducir potencialmente al cáncer”.

Para estudiar esta acumulación, una colección de células de levadura con código de barras viajó a la Luna y regresó. Se suponía que las células de levadura crecían y se dividían a lo largo de la misión después de que las muestras se lanzaran al espacio y se activaran de forma remota mediante la adición de agua.

Con el regreso de Orión a la Tierra, científicos de la Universidad de Columbia Británica recuperarán las muestras para realizar un estudio de laboratorio. Una vez que se hayan identificado los genes, los científicos podrían usar esta información para desarrollar medicamentos o tratamientos que puedan tolerar los choques de radiación y reducir la probabilidad de efectos adversos para la salud.

Mientras tanto, otro experimento de biología del espacio profundo transportará más muestras de levadura para orbitar alrededor del Sol durante unos seis a nueve meses. BioSentinel, un CubeSat del tamaño de una caja de zapatos, que también se montó en Artemis-1. Se utiliza un nuevo biosensor en el experimento para examinar cómo las células de levadura vivas responden y se adaptan a la exposición prolongada. Los científicos seguirán el experimento en tiempo real a través de la Red de Espacio Profundo de la NASA.

¿Cuánto es demasiado?

Él evento de 1972 a veces se usa como punto de referencia para comprender los “qué pasaría si” de enviar astronautas a la Luna. Los astronautas habrían experimentado enfermedad por radiación, como mínimo, si hubieran estado expuestos a esas dosis letales de radiación.

Según la NASA, la dosis de radiación estándar para una persona en la Tierra es de aproximadamente 0,0036 Sv/ año (0,36 rad). Los astronautas del Apolo recibieron una radiación media dosis sobre la piel de 0,38 rad — equivalente a dos tomografías computarizadas de la cabeza. General, Apolo 14 recibió la dosis de piel de 1,14 rad, que fue el más alto. Todo esto durante misiones no mayores a 12 días.

La dosis diaria de radiación en la superficie de la Luna podría ser sustancialmente mayor durante una misión más larga y es imposible de cuantificar desde la Tierra. Para saber qué tan alto, el Lunar Lander Neutron and Dosimetry (LND), a bordo del módulo de aterrizaje lunar chino Chang’E 4, viajó a la Luna. LND registró las primeras mediciones de los niveles de radiación en la Luna.

Según las estimaciones, los astronautas en un traje espacial estarían expuestos a alrededor de 60 microsieverts de radiación cada hora. En general, el nivel de exposición a la radiación podría dispararse hasta 150 veces mayor que en la Tierra.

¿Alguna vez te has preguntado cuál es el límite aceptable de exposición a la radiación espacial para los humanos? “Realmente no lo sabemos”, según el coautor del estudio LND, el Dr. Wimmer. “Todavía no tenemos experiencia con la radiación del espacio profundo, hay diferentes formas en que la radiación afecta nuestro cuerpo y diferentes partes de nuestro cuerpo”.

Cuerpo femenino más vulnerable

Sin ninguna protección, los astronautas tienen más probabilidades de tener problemas de salud agudos y crónicos, como cataratas y enfermedades del corazón. Además, pueden sufrir enfermedades por radiación a corto plazo y riesgos de desarrollar cáncer a largo plazo.

Según la edad y el género de una persona, la NASA ha estimado los límites de exposición profesional. Presumiblemente, astronautas al principio de su carrera podrían tener mayores riesgos para la salud en sus últimos años debido a la exposición a la radiación. Y los estudios han sugerido que las mujeres podrían ser más vulnerables a la radiación.

“Las mujeres tienen un riesgo mucho mayor de cáncer debido a la radiación debido a los riesgos adicionales de cáncer de mama (uno de los más altos), de ovario y de útero. Para los hombres, el riesgo de cáncer de próstata surge de la exposición a la radiación, sin embargo, tiene una baja probabilidad de mortalidad”, dijo el profesor Francis Cucinotta, experto en biología de la radiación de la Universidad de Nevada en Las Vegas, en una respuesta por correo electrónico a Supercluster.

Es por eso que la NASA ha realizado un experimento para comprender las implicaciones de la radiación en el cuerpo femenino, por primera vez. Mientras la NASA trabaja para enviar una mujer astronauta al espacio, este experimento es crucial.

Los maniquíes Artemis-1, llamados Zohra y Helga, han sido diseñados para medir y probar el efecto de la radiación en los órganos internos. El daño que sufren los órganos internos depende de la energía absorbida, la densidad de las partículas y el tiempo que pasan fuera del hábitat protector.

Se colocaron 34 detectores y más de 5000 sensores sobre estos maniquíes para medir los niveles de radiación durante el vuelo de Orion. Los maniquíes, que están hechos de resinas epoxi, reproducen los huesos, los tejidos blandos y los órganos de una mujer adulta.

Uno de los maniquíes llevaba AstroRad, un chaleco antirradiación nuevo. El objetivo principal del chaleco es proteger los órganos sensibles contra eventos de partículas solares. A través de este vuelo de prueba, los científicos aprenderán más sobre la eficiencia del cinturón y cómo protege los órganos internos al contrastar los dos sujetos. El experimento se conoce como Experimento de radiación Matroshka AstroRad (MARE). Los sensores de radiación incorporados en Orion monitorearon los niveles de radiación durante todo el vuelo, especialmente en las áreas donde son más altos.

Se espera que la investigación de este experimento se publique pronto.

Escudo lunar

Artemis’ Orion ha sido diseñado con una serie de características para proteger tanto a los humanos como al hardware en el peor de los casos. Una bolsa de almacenamiento u otro material que se encuentre a bordo podría usarse para construir un refugio temporal contra la radiación dentro de la nave espacial.

Según la NASA, es posible que la tripulación deba permanecer en este refugio contra tormentas durante al menos un día. Sin embargo, el clima espacial extremo no impediría que la tripulación llevara a cabo “actividades de misión crítica”, gracias a los chalecos protectores contra la radiación.

Durante los períodos de intensa actividad solar, los astronautas podrían construir un hábitat protegido utilizando recursos locales, como suelo lunar, tierra y rocas. Por ejemplo, se pueden construir paredes de aproximadamente un metro de espesor mediante la impresión 3D de bloques de construcción a partir de polvo lunar (regolito).

“Otra forma de construir un hábitat protegido es simplemente “amontonar tierra” sobre una construcción sólida que pueda soportar su peso”, sugiere el Dr. Wimmer. Además, sería útil para pronosticar el clima espacial y emitir alertas tempranas de tormentas para estancias superiores a un mes.

La primera misión de Artemis se considera un éxito inicial mientras esperamos los resultados publicados de varios experimentos. Si las cosas van bien con las próximas misiones Artemis tripuladas, la NASA pronto se estará preparando para el próximo desafío de radiación de la humanidad: Marte.

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