Článek
Odhaduje se, že celková maximálně přípustná dávka ionizujícího záření, které bude vystaven organismus astronauta během celé cesty, bude muset být omezena ze zdravotních důvodů na asi 1 sievert (1 Sv).
Dávka 100 mSv za rok je přitom nejnižší úroveň, při které je jasně patrné jakékoli zvýšení rizika rakoviny. Kumulativních 1000 mSv (1 sievert) za celou cestu by pravděpodobně způsobilo smrtelnou rakovinu o řadu let později asi u pěti lidí ze 100, kteří by jí byli vystaveni. Hodnota 1 sievert přitom představuje ekvivalentní biologický účinek uložení joulu radiační energie v kilogramu lidské tkáně.
I když se tedy lidstvo pomalu připravuje k cestě na Mars, nová studie v časopise Space Weather přináší střízlivou dávku reality: lidé by měli být schopni bezpečně cestovat na rudou planetu a zpět za předpokladu, že kosmická loď má dostatečné stínění a celková délka cesty (včetně asi dvouletého pobytu na povrchu Marsu) bude kratší než přibližně čtyři roky.
I načasování lidské mise na Mars by znamenalo velký rozdíl: vědci určili, že nejvhodnějším časem pro opuštění Země by bylo období, kdy je sluneční aktivita na svém vrcholu – tzv. sluneční maximum.
Výzkum, který provedli vědci z Kalifornské univerzity v Los Angeles (UCLA), Massachusettského technologického institutu (MIT) a jejich kolegové z jiných zemí, detailně analyzoval účinky intenzivního kosmického záření ze Slunce a záření pocházejícího ze vzdálených galaxií, jakožto hlavní limitující faktor cesty na Mars a zpět.
Na rozdíl od Země naše sousední planeta postrádá silnější ochranné magnetické pole a dostatečně tlustou atmosféru, což vede k tomu, že na jeho povrch dopadá za určitý časový interval asi 40-70krát více kosmického záření než na povrch Země – jedná se o dávku zhruba 150–300 mSv na povrchu za rok, proti několika mSv za rok na povrchu Země. Pro porovnání: při rentgenu hrudníku dostaneme dávku jen asi 0,02 mSv.
V meziplanetárním prostoru je intenzita kosmického záření dokonce ještě asi 1,5–2krát větší. Dlouhodobé vystavení tomuto záření by proto mohlo být pro člověka nebezpečné, od jisté časové hranice nahoru dokonce i smrtelné. Vesmírné agentury proto musejí budoucí lidmi pilotované expedice (nejen) na Mars velmi pečlivě naplánovat.
Záření ze Slunce částečně chrání před zářením z Galaxie
Nová studie k tomu nabízí některá vodítka, např. kdy by takové mise měly odstartovat. Jak již bylo naznačeno, vědci zdánlivě paradoxně doporučují načasovat výlety během slunečního maxima – vrcholu sluneční aktivity – kdy zvýšené dávky (elektricky nabitého) částicového slunečního záření ve skutečnosti odklánějí pryč mnohem škodlivější vysokoenergetické částicové kosmické záření přicházející z oblastí mimo Sluneční soustavu.
Navíc, sluneční (částicové) záření ve skutečnosti přichází do meziplanetárního prostoru v kratších dávkách, hlavně během slunečních erupcí, kdy se např. mohou astronauti dočasně skrýt do speciálních částí lodi opatřených vyšším radiačním stíněním, kdežto tzv. galaktické částicové (korpuskulární) záření „buší“ do pláště meziplanetárních lodí nepřetržitě.
Se současnou technologií kosmických lodí by zpáteční cesty na Mars mohly trvat méně než dva roky, což by astronauty udrželo v bezpečných limitech expozice kosmickému záření. S tím, jak se budou vytvářet plány misí, bude radiační stínění a načasování startu rozhodující pro zajištění bezpečnosti prvních lidských meziplanetárních průzkumníků.
Samotný přelet ze Země na Mars dnešními kosmickými loděmi by trval asi devět měsíců, takže v závislosti na načasování startu a dostupnosti paliva na Marsu je pravděpodobné, že by lidská mise mohla dosáhnout planety a vrátit se na Zemi za méně než dva roky - jak uvádí Yuri Shprits, výzkumný geofyzik UCLA a spoluautor odborného článku.
Příliš masivní protiradiační štít už nemusí pomáhat
Výpočty vědců ukazují, že by bylo možné odstínit kosmickou loď směřující k Marsu snadněji před částicemi vyletujícími ze Slunce. Ale právě během slunečního maxima jsou nebezpečnější vysokoenergetické částice přilétávající z prostoru mimo Sluneční soustavu často odkloněny právě zvýšenou sluneční aktivitou (jde v obou případech o částice elektricky nabité, které se navzájem silově ovlivňují a odchylují).
Nebezpečnost vysokoenergetických částic původem z mezihvězdného prostoru tkví v tom, že svými nárazy do materiálu pláště kosmické lodi v něm ve velké míře vyvolávají tzv. sekundární radiaci hlavně ve formě neutronů nebo jader hélia (částic alfa), která je neméně nebezpečná. Dokonce při jisté větší tloušťce pláště vytvořeného z běžných materiálů už stínění nepomáhá, naopak situaci zhoršuje, protože sekundárního záření vytvořeného v plášti je příliš.
- Sekundární záření (radiace): Tento typ záření vzniká, když primární kosmické záření (hlavně původem galaktické) interaguje s materiály kosmické lodi, habitatů nebo s tkáněmi astronautů. Tyto interakce vedou k jaderným reakcím a produkci dalších částic, jako jsou neutrony, alfa částice a další. Tato sekundární radiace může být také škodlivá a musí být brána v úvahu při návrhu ochranných opatření. Je důležité si uvědomit, že i samotné stínění proti primárnímu záření může být zdrojem sekundární radiace, pokud není správně navrženo a zkonstruováno.
„Kosmická radiace ukládá přísná omezení na to, jak těžká může být kosmická loď, jaký musí být čas startu, a přináší i další různé technologické potíže pro lidské mise na Mars. Přesto je taková mise při rámcovém zachování lidského zdraví možná,“ řekl Shprits, který je rovněž vedoucím oddělení vesmírné fyziky a kosmického počasí ve Výzkumném centru geověd (GFZ) v německé Postupimi.
Výzkumníci doporučují mise ne delší než čtyři roky, protože během dvouročního pobytu na Marsu by posádka obdržela souhrnnou dávku asi 0,4 Sv záření a během obou přeletů dohromady asi 0,6 Sv, celkem tedy dnešní maximální přípustnou dávku pro astronauta za celou jeho kariéru (1 Sv) – a to za předpokladu, že by astronauti letěli na Mars v době solárního maxima, kdy by to bylo relativně bezpečnější než jindy.
Shprits a jeho kolegové z UCLA, MIT, moskevského Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) a GFZ Potsdam dali dohromady fyzikální modely částic vysílaných Sluncem během slunečního cyklu s modely, jak by radiace mohla ovlivnit jak lidské pasažéry – včetně účinků na různé tělesné orgány –, tak kosmickou loď.
Modelováním zjistili, že plášť kosmické lodi vyrobený z relativně silného materiálu na bázi hliníku (asi 20 gramů na centimetr čtvereční) by mohl pomoci chránit astronauty před radiací, ale pokud by byl tento plášť už příliš silný, mohlo by to ve skutečnosti citelně zvýšit množství sekundární radiace, které jsou astronauti uvnitř lodi vystaveni. Hranice, za níž je další zvyšování tloušťky hliníkového štítu již kontraproduktivní, leží přibližně na 30 gramech materiálu na centimetr čtvereční plochy pláště.
Lepší variantou by byl tlustší vodní obal kolem celé kosmické lodi (nárazy galaktických částic do atomů vodíku produkují minimum sekundárního záření, obecně čím lehčí je prvek, tím méně má v jádru protonů i neutronů, které by se takto mohly uvolnit) nebo systém elektromagnetické ochrany lodi, prakticky zcela odklánějící přilétávající nabité částice, tyto technologie jsou však velmi náročně a zatím nebyly pro kosmické lodě vyvinuty.
Kosmické záření je proud částic s vysokou energií, které pocházejí z vesmíru. Mohou to být například protony, elektrony, jádra atomů a další elektricky nabité částice, tzv. ionty. Tyto částice mohou být velmi energetické a mohou poškozovat živé tkáně, elektroniku i další materiály.
Existují dva hlavní typy kosmického záření, které jsou relevantní pro kosmické lety:
Sluneční kosmické záření (SCR) - toto záření pochází ze Slunce, vzniká zejména během slunečních erupcí, kdy Slunce vyvrhuje najednou velké množství částic.
Galaktické kosmické záření (GCR) - toto záření přichází z vnějšku Sluneční soustavy, z naší galaxie. Jde o stálý proud částic s velmi vysokými energiemi. Oba typy záření představují riziko pro astronauty, ale mají trochu odlišné vlastnosti a vyžadují různé přístupy k ochraně.
Ochranná opatření: Nutnost použití stínění (nejlepší jsou mj. vodní stěny, marsovský regolit), plánování misí s ohledem na fázi sluneční aktivity a případné využití podzemních prostor na Marsu.
Stručný závěr
Dva hlavní typy nebezpečného záření ve vesmíru jsou tedy sluneční kosmické záření (SCR) a galaktické kosmické záření (GCR). Intenzita každého z nich závisí na síle sluneční aktivity. Pravděpodobnost a intenzita SCR jsou nejvyšší během slunečního maxima a nejnižší během slunečního minima.
„Aktivita či intenzita galaktického kosmického záření je naopak nejnižší během šesti až 12 měsíců po vrcholu sluneční aktivity,“ popsal Shprits.
Nejkratší časy přeletu ze Země na Mars budou k dispozici v letech 2030 a 2050, což odpovídá periodám kýženého slunečního maxima. Pro optimální stínění pláštěm o síle 30 g/cm2 by efektivní celková dávka záření byla 0,5 Sv po 1,9letém letu a astronautova kariérního limitu dávky 1 Sv by bylo dosaženo po 3,8 roku.
