Von der NASA Mond-Mars-Programm zu Elon Musks ehrgeizigem Plan zu senden eine Million Menschen zum Mars Bis 2050 ist das Rennen darum eröffnet, menschliche Füße auf dem Roten Planeten zu bekommen. Mit immer ausgefeiltere Raketen und Robotik, werden die technologischen Herausforderungen, die diesem Ziel im Wege stehen, schnell ausgehöhlt.
Aber es könnte ein anderes Problem geben, das Pläne, Menschen vom Planeten zu entfernen und sie zur Erkundung des Rests des Sonnensystems auszusenden, behindert. Im Weltraum passieren dem menschlichen Körper seltsame Dinge, und wir müssen Wege finden, diese medizinischen Probleme anzugehen wenn wir in der Lage sein wollen, Astronauten auf Langzeitmissionen zu schicken, wie sie bei einer Mars-Mission mehrere Jahre dauern könnten erfordern.
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Digital Trends sprach mit dem Kardiologen Dr. Rohin Francis vom University College London, der Studien zur Weltraummedizin durchgeführt hat. darüber, wie menschliche Körper auf die langfristige Besiedlung der Weltraumumgebung reagieren und was dies für bemannte Missionen bedeuten könnte Mars.
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Was wir über den menschlichen Körper im Weltraum wissen
Bei Weltraummissionen gibt es zwei Hauptfaktoren, die den menschlichen Körper beeinflussen: Schwerelosigkeit und ionisierende Strahlung.
Derzeit verfügen wir über zahlreiche Forschungsergebnisse zu den Auswirkungen der Schwerelosigkeit auf den Körper aus jahrelangen Studien Internationale Raumstation (ISS), und wir wissen, dass ein Aufenthalt in der Mikrogravitation über Monate oder Jahre hinweg zu einer Reihe medizinischer Probleme führt Nebenwirkungen.
Diese Ergebnisse werden durch sogenannte Analogstudien gestützt, bei denen Umgebungen mit geringer Schwerkraft auf der Erde simuliert werden. „Der Großteil der Forschung zur Mikrogravitation verwendet Analoga zur Mikrogravitation“, erklärt Francis. „Das sind Leute, die dafür bezahlt werden, wochen- oder monatelang im Bett zu liegen. Dies ist die beste Möglichkeit, die Mikrogravitation auf der Erde zu simulieren.“
Programme wie das Das Bettruheprogramm der Europäischen Weltraumorganisation ermöglicht es Forschern, die Auswirkungen der Mikrogravitation zu untersuchen, indem sie Freiwillige in einem Bett halten, das zum Kopfende hin geneigt ist. Dies erzeugt ähnliche Effekte wie die Mikrogravitation, bei der Blut und Flüssigkeiten zum Kopf strömen und Muskeln schwächen weg.
Was passiert mit Körpern bei geringer Schwerkraft?
Eine der problematischsten Auswirkungen einer langfristigen Schwerelosigkeit ist Muskelschwund, da die Muskeln keine Kraft aufwenden müssen, um der Schwerkraft entgegenzuwirken und aufrecht zu bleiben. Mit der Zeit verkümmern die Muskeln im gesamten Körper, was zu großen Problemen führt, wenn Astronauten in die Umgebung voller Schwerkraft auf der Erde zurückkehren. Aus diesem Grund trainieren Astronauten an Bord der ISS jeden Tag zwei Stunden lang, um ihre Muskeln bestmöglich zu trainieren.
Zu den weiteren Problemen, die durch die Mikrogravitation verursacht werden, gehört der Verlust der Knochendichte – Schätzungen über die möglichen Auswirkungen einer Marsmission gehen davon aus, dass Astronauten bis zur Hälfte ihrer Skelettmasse verlieren könnten, Francis sagte, obwohl er darauf hinwies, dass diese Schätzungen rein spekulativ seien – ebenso wie ein Verlust der Herz-Kreislauf-Kapazität, Nebenhöhlenprobleme und eine verminderte Sehkraft aufgrund von Veränderungen der Form des Gehirns Augapfel.
Dies sind nur einige der Symptome, die von gefunden wurden NASA in ihrer bahnbrechenden Zwillingsstudie, in dem der Astronaut Scott Kelly ein Jahr im Weltraum verbrachte, bevor seine Physiologie mit der seines eineiigen Zwillingsbruders Mark Kelly verglichen wurde.
„Es kommt zu einer Umverteilung der Flüssigkeit, so dass man diesen sehr geschwollenen Oberkörper und den geschwollenen Kopf bekommt. Früher ging man davon aus, dass der Druck im Kopf steigt und dieser gegen die Rückseite des Augapfels drückt. Es wurde festgestellt, dass es bei Astronauten zu einer verminderten Blutversorgung und einer Atrophie des Sehnervs kommt, was auf einen Anstieg des Hirndrucks zurückzuführen sein könnte“, sagte Francis. Jüngste Daten deuten jedoch darauf hin, dass der Druck im Kopf nicht die Hauptursache für eine verminderte Sehkraft ist. Es könnte sein, dass ein anderer, noch unbekannter Mechanismus diese Probleme verursacht.
Wenn es darum geht, noch länger im Weltraum zu verbringen, sei es jahrzehntelang oder lebenslang, gibt es ein noch größeres medizinisches Problem: die Fortpflanzung. „Wir sind uns nicht sicher, wie erfolgreich der Befruchtungsprozess in der Schwerelosigkeit sein würde“, sagte Francis. In Studien wurde festgestellt, dass menschliche Spermien in der Mikrogravitation weniger effektiv schwimmen als auf der Erde, sodass „sogar die Spermien, die zur Eizelle gelangen, möglicherweise nicht so gut schwimmen können.“ erheblich beeinträchtigt.“ Jüngste Untersuchungen zur Fortpflanzung von Mäusen in der Schwerelosigkeit ergaben, dass sie erfolgreich schwanger werden konnten, dies jedoch bald der Fall war Fehlgeburt.
Es ist möglicherweise nicht einmal möglich, dass Menschen außerhalb der Erde gezeugt werden, was die Aussicht auf den Aufbau einer langfristigen Kolonie außerhalb des Planeten dämpft.
Wie steht es mit der Schwerkraft auf dem Mars?
Ein Problem, das noch angegangen werden muss, ist die genaue Art und Weise, wie Forschung aus der Schwerelosigkeitsumgebung von Die ISS wird für die Umgebung mit geringer Schwerkraft des Mars gelten, wo die Schwerkraft etwa 38 % der Schwerkraft beträgt Erde. Es könnte sein, dass es eine Schwelle der Schwerkraft gibt, unterhalb derer bei Körpern medizinische Probleme auftreten. Oder es könnte sich um einen linearen Zusammenhang handeln, sodass die Auswirkungen auf Astronauten auf dem Mars geringer wären als die Auswirkungen auf Astronauten auf der ISS. Solange wir nicht mehr Daten über diese Beziehung haben, können wir es nicht mit Sicherheit sagen.
„Die Schwerkraft des Mars könnte tatsächlich stark genug sein, um viele dieser Probleme zu verhindern“, sagte Francis. „Wenn man etwas Schwerkraft hat, auch wenn diese geringer ist als auf der Erde, und man das mit Gegenmaßnahmen wie Übungen kombiniert, kann das in Ordnung sein.“ Der Weg dorthin gilt als größte Herausforderung.“
Der Aufenthalt auf der Marsoberfläche könnte den Zustand der Astronauten aufrechterhalten oder sie könnten sogar einen Teil der auf der Reise verlorenen Muskel- und Skelettmasse zurückgewinnen. „Bisherige Schätzungen basieren auf der Tatsache, dass die Astronauten durchgehend in der Schwerelosigkeit leben, da wir nicht sicher sind, wie wir die sechs Monate einkalkulieren sollen, die sie möglicherweise an der Oberfläche verbringen.“
Der Elefant im Raum: Ionisierende Strahlung
Dank jahrelanger Erfahrung mit Mikrogravitationsumgebungen haben Raumfahrtbehörden Strategien zur Linderung und Bewältigung der meisten durch sie verursachten medizinischen Probleme entwickelt. Aber es stellt sich ein ganz anderes Problem, wenn Menschen beginnen, den Weltraum außerhalb des schützenden Magnetfelds der Erde zu erkunden. Außerhalb dieses sicheren Hafens wird alles, was sich durch den Weltraum bewegt, mit gefährlicher kosmischer Strahlung bombardiert. Die einzigen bemannten Missionen, die diesen sicheren Hafen verlassen haben, sind die Mondmissionen, bei denen sie jedoch nur über Wochen und nicht über Monate oder Jahre Strahlung ausgesetzt waren.
Wir wissen, dass kosmische Strahlung empfindliche Elektronik beschädigen kann. Deshalb verfügen Raumfahrzeuge, die für Reisen außerhalb der Erdmagnetosphäre konzipiert sind, über eine Abschirmung, um ihre Komponenten zu schützen. Aber dieselben Strahlen sind potenziell tödlich für den Menschen, und wir beginnen gerade erst zu verstehen, wie sie sich auf den menschlichen Körper auswirken könnten. Untersuchungen an Mäusen haben beispielsweise ergeben, dass die Strahlenexposition Auswirkungen auf die Gesundheit haben kann nur der Körper, sondern auch das Gehirn, und kann sogar zu Verhaltensänderungen wie erhöhtem Angstgefühl führen.
Strahlenbelastung ist etwas, dessen Auswirkungen nicht auf die gleiche Weise gelindert werden können wie Muskelschwund. Die einzige Möglichkeit, Astronauten vor Strahlung zu schützen, besteht darin, physische Strukturen zu bauen, die sie davor schützen. „Die Strahlung wird wahrscheinlich das Haupthindernis sein“, sagte Francis. „Aus biologischer Sicht kann man nichts tun, um sich vor Strahlung zu schützen. Es wird wirklich auf das Schiffsdesign und die Schiffstechnik ankommen und nicht auf Biologie oder Medizin.“
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