Η ακτινοβολία είναι μια μορφή ενέργειας που εκπέμπεται με τη μορφή ακτίνων, ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων ή/και σωματιδίων. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η ακτινοβολία μπορεί να φανεί (ορατό φως) ή να είναι αισθητή (υπέρυθρη ακτινοβολία). Άλλες μορφές, όπως οι ακτίνες Χ και οι ακτίνες γάμμα, δεν είναι ορατές και τις παρατηρούμε μόνο με ειδικό εξοπλισμό.
Η ακτινοβολία μπορεί να έχει αρνητικές επιπτώσεις τόσο σε βιολογικά όσο και σε μηχανικά συστήματα, αλλά μπορούμε, με τους κατάλληλους χειρισμούς να την οικειοποιηθούμε για ευεργετικές δράσεις.
Τι είναι η Διαστημική Ακτινοβολία;
Η διαστημική ακτινοβολία είναι διαφορετική από τα είδη ακτινοβολίας που βιώνουμε εδώ στη Γη. Aποτελείται από τρία είδη ακτινοβολίας:
- σωματίδια παγιδευμένα στο μαγνητικό πεδίο της Γης,
- σωματίδια που εκτοξεύτηκαν στο διάστημα κατά τη διάρκεια ηλιακών εκλάμψεων (γεγονότα ηλιακών σωματιδίων)
- και τις γαλαξιακές κοσμικές ακτίνες, οι οποίες είναι πρωτόνια υψηλής ενέργειας και βαρέα ιόντα εκτός του ηλιακού μας συστήματος.
Όλα αυτά τα είδη διαστημικής ακτινοβολίας αντιπροσωπεύουν ιονίζουσα ακτινοβολία.
Σε πόση διαστημική ακτινοβολία εκτίθενται οι αστροναύτες;
Πέρα από τη χαμηλή τροχιά της γης, η διαστημική ακτινοβολία μπορεί να θέσει τους αστροναύτες σε σημαντικό κίνδυνο για εμφάνιση ασθενειών, όπως:
- καρκίνο
- νευροεκφυλιστικές ασθένεις
- εγκαύματα
Άμεσες ενδείξεις επιδράσεων στο ΚΝΣ, από μέτριες δόσεις ακτινοβολίας (≤ 2 Gy), προέρχονται από μελέτες σε επιζήσαντες ατομικών βομβών και θύματα ατυχημάτων του Τσερνομπίλ. Οι ίδιοι, εφνάνισαν διαταραχές μνήμης και γνωστικής λειτουργίας, καθώς και ψυχιατρικές διαταραχές και αλλοιωμένα ηλεκτροεγκεφαλογραφικά (EEG) πρότυπα.
Το Milli-Sievert (mSv) είναι μια μορφή μέτρησης που χρησιμοποιείται για την ακτινοβολία. Οι αστροναύτες εκτίθενται σε ιονίζουσα ακτινοβολία με αποτελεσματικές δόσεις σε τιμές που κυμαίνονται μεταξύ 50 και 2.000 mSv. 1 mSv ιοντίζουσας ακτινοβολίας ισοδυναμεί με περίπου τρεις ακτινογραφίες θώρακα. Έτσι είναι σαν να κάνουν, δηλαδή, 150 έως 6.000 ακτινογραφίες θώρακα.
Από πού προέρχεται η ακτινοβολία;
Η ακτινοβολία μπορεί να δημιουργηθεί από τον άνθρωπο (μικροκύματα, κινητά τηλέφωνα, ραδιόφωνα, λαμπτήρες, διαγνωστικές ιατρικές εφαρμογές όπως ακτίνες Χ) ή φυσικά (Ήλιος, ραδιενεργά στοιχεία στον φλοιό της Γης, ακτινοβολία παγιδευμένη στο μαγνητικό πεδίο της Γης, αστέρια, και άλλα αστροφυσικά αντικείμενα).
Η μεγαλύτερη πηγή ακτινοβολίας της Γης είναι ο Ήλιος. Ο Ήλιος εκπέμπει όλα τα μήκη κύματος στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Η πλειοψηφία είναι με τη μορφή ορατής, υπέρυθρης και υπεριώδους ακτινοβολίας (UV).
Περιστασιακά, γιγάντιες εκρήξεις, οι λεγόμενες ηλιακές εκλάμψεις, συμβαίνουν στην επιφάνεια του Ήλιου και απελευθερώνουν τεράστιες ποσότητες ενέργειας στο διάστημα με τη μορφή ακτίνων Χ, γ, και ρευμάτων πρωτονίων και ηλεκτρονίων. Αυτό ονομάζεται συμβάν ηλιακών σωματιδίων (SPE). Αυτές οι ηλιακές εκλάμψεις μπορεί να έχουν σοβαρές συνέπειες για τους αστροναύτες και τον εξοπλισμό τους, ακόμη και σε τοποθεσίες που είναι μακριά από τον Ήλιο.
Προστατευόμαστε από τη διαστημική ακτινοβολία στη Γη;
Ναι, αλλά όχι εντελώς. Πρώτον, η ζωή στη Γη προστατεύεται από την πλήρη επίδραση της ηλιακής και κοσμικής ακτινοβολίας από τα μαγνητικά πεδία που περιβάλλουν τη Γη και από την ατμόσφαιρα της. Το μαγνητικό πεδίο της Γης, προσφέρει μία επιπλέον προστασία.
Δεύτερον, οι εξωτερικές ζώνες ακτινοβολίας περιέχουν πρωτόνια και ηλεκτρόνια. Επεξηγηματικά, όσο ταξιδεύουμε πιο μακριά από τις προστατευτικές ασπίδες της Γης, είμαστε εκτεθειμένοι στο πλήρες φάσμα της ακτινοβολίας και τις καταστροφικές επιπτώσεις της.
Ποιοι παράγοντες καθορίζουν την ποσότητα της ακτινοβολίας που λαμβάνουν οι αστροναύτες;
Υπάρχουν τρεις κύριοι παράγοντες που καθορίζουν την ποσότητα της ακτινοβολίας που λαμβάνουν οι αστροναύτες:
- υψόμετρα η ατμοσφαιρική προστασία της Γης δεν είναι πλέον παρούσα και το μαγνητικό πεδίο είναι ασθενέστερο. Επομένως υπάρχει λιγότερη προστασία από ιονίζοντα σωματίδια και τα διαστημόπλοια περνούν συχνότερα από τις παγιδευμένες ζώνες ακτινοβολίας.
- Ηλιακός κύκλος. Ο Ήλιος έχει έναν κύκλο 11 ετών, με κορύφωση, μια δραματική αύξηση του αριθμού και της έντασης των ηλιακών εκλάμψεων. Αυτό συμβαίνει, ειδικά σε περιόδους που υπάρχουν πολλές ηλιακές κηλίδες.
- Ευαισθησία του ατόμου. Παραδείγματος χάρη, οι ερευνητές εξακολουθούν να εργάζονται για να προσδιορίσουν τι κάνει ένα άτομο πιο ευαίσθητο στις επιπτώσεις της διαστημικής ακτινοβολίας από ένα άλλο άτομο. Αυτός είναι ένας τομέας ενεργούς έρευνας.
Οι Ευρωπαίοι επιστήμονες έχουν αναπτύξει την πιο ακριβή μέθοδο για την πρόβλεψη των δόσεων ακτινοβολίας που θα λάβουν οι αστροναύτες στην τροχιά της ευρωπαϊκής εργαστηριακής μονάδας Columbus.
Συγκεκριμένα, το νέο πακέτο λογισμικού προσομοιώνει με ακρίβεια τη φυσική των σωματιδίων ακτινοβολίας που περνούν μέσα από τοίχους διαστημικού σκάφους στα ανθρώπινα σώματα. Οι τεχνικές θα είναι απαραίτητες για τον υπολογισμό των δόσεων ακτινοβολίας που λαμβάνουν οι αστροναύτες σε μελλοντικά ταξίδια στη Σελήνη και τον Άρη.
Για να προβλέψουν με ακρίβεια τον κίνδυνο ακτινοβολίας που αντιμετωπίζουν οι αστροναύτες, οι επιστήμονες και οι μηχανικοί πρέπει να αντιμετωπίσουν τρία διαφορετικά προβλήματα. Για παράδειγμα:
- Πόση ακτινοβολία χτυπά το διαστημικό όχημα;
- Πόσο από αυτή την ακτινοβολία εμποδίζεται από τη διαθέσιμη θωράκιση;
- Ποιες είναι οι βιολογικές επιπτώσεις της ακτινοβολίας στους αστροναύτες;
Γενετικοί Τροποποιητές της Επίδρασης της Διαστημικής Ακτινοβολίας στο ΚΝΣ
Διάφορες μελέτες, παρέχουν ισχυρές ενδείξεις ότι το περιβάλλον ακτινοβολίας στο βαθύ διάστημα μπορεί να επηρεάσει τη λειτουργία και την πλαστικότητα των νευρωνικών δικτύων που ελέγχουν την ανθρώπινη συμπεριφορά, εντός του χρόνου της αποστολής και μετά.
Τέλος, υπάρχει μεγάλος όγκος γνώσεων σχετικά με τους γενετικούς παράγοντες που επηρεάζουν την ευαισθησία του ανθρώπου στις ακτινοβολίες. Έτσι, δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι οι περισσότεροι από τους ισχυρότερους γενετικούς παράγοντες εμπλέκονται σε ορισμένες από τις οδούς που αντιμετωπίζουν τη βλάβη του DNA.
Esa.int. Predicting the radiation risk to ESA’s astronauts. Available at: esa.int Last access: 11/3/2022.
Perez, J. (2011). Why Space Radiation Matters. NASA. Available at: nasa.gov. Last access: 10/3/2022.
Onorato, G., Di Schiavi, E. and Di Cunto, F. (2020). Understanding the Effects of Deep Space Radiation on Nervous System: The Role of Genetically Tractable Experimental Models. Frontiers in Physics, 8.
Parihar, V.K., Allen, B.D., Caressi, C., Kwok, S., Chu, E., Tran, K.K., Chmielewski, N.N., Giedzinski, E., Acharya, M.M., Britten, R.A., Baulch, J.E. and Limoli, C.L. (2016). Cosmic radiation exposure and persistent cognitive dysfunction. Scientific Reports, 6(1), pp.1–14.
Rosi, S. (2018). The final frontier: Transient microglia reduction after cosmic radiation exposure mitigates cognitive impairments and modulates phagocytic activity. Brain Circulation, 4(3), p.109.
Yuhas, J.M. (1968). The Central Nervous System Syndrome of the Mouse: Effects of Strain, Age, and Conditioning Exposure. Radiation Research, 35(3), p.714.
