Mars skrywa niebezpieczeństwo. Astronauci mogą się przed nim uchronić

W nadchodzącej dekadzie NASA i Chiny planują zrealizować pierwsze załogowe misje na Marsa. Perspektywa wysłania astronautów w trwającą od sześciu do dziewięciu miesięcy podróż na Czerwoną Planetę wiąże się z wieloma wyzwaniami, nie mówiąc już o zagrożeniach, z jakimi przyjdzie im się zmierzyć podczas prowadzenia działań naukowych na powierzchni.

W najnowszym badaniu międzynarodowy zespół naukowców przeprowadził analizę środowiska Marsa – od szczytów Olimpu po jego podziemne zakamarki – aby znaleźć miejsca, w których promieniowanie jest najniższe. Ich odkrycia mogą pomóc w przyszłych misjach na Marsa i tworzeniu marsjańskich siedlisk. Nowe badania zostały opublikowane w lutym w czasopiśmie Journal of Geophysical Research: Planets.

Zanim ludzkość wyruszy poza atmosferę ziemską i uda się na Marsa, naukowcy muszą ocenić wiele zagrożeń dla życia na powierzchni Czerwonej Planety. Dotyczy to między innymi ilości promieniowania kosmicznego, które spada na Marsa – w szczególności cząstek galaktycznego promieniowania kosmicznego (GCR).

Według Amerykańskiej Narodowej Administracji Oceanu i Atmosfery (U.S. National Oceanic and Atmospheric Administration) GCR to wysokoenergetyczne cząstki, które "składają się w zasadzie z każdego istniejącego pierwiastka". Pochodzą one spoza naszego Układu Słonecznego – prawdopodobnie emitowane są przez eksplozywne zjawiska kosmiczne, takie jak supernowe – i w dużej mierze odbijają się od otaczających Ziemię pól magnetycznych, zwanych magnetosferą.

Długotrwała ekspozycja na cząstki GCR może prowadzić do wielu problemów zdrowotnych, takich jak rozwój nowotworów, zaćma i uszkodzenie centralnego układu nerwowego. Mars nie ma podobnego ochronnego globalnego pola magnetycznego, przez co cząstki GCR mogą swobodnie przenikać do jego atmosfery i docierać do powierzchni planety.

Kiedy promienie GCR dostają się do atmosfery Marsa, która składa się głównie z dwutlenku węgla i azotu, tracą dużo energii w wyniku jonizacji, co może uniemożliwić im dotarcie do powierzchni. Może to w dużej mierze zależeć od grubości atmosfery, a następnie od wielkości ciśnienia atmosferycznego wywieranego na powierzchnię, stwierdzili autorzy badania.

Podobnie jak na Ziemi, topografia Marsa jest bardzo zróżnicowana. Od szczytu Olympus Mons (który ma około 26 kilometrów wysokości) do najgłębszego marsjańskiego krateru Hellas Planitia (około 7,1 km głębokości), grubość atmosfery Marsa może się różnić w różnych obszarach, zmieniając ilość promieniowania, które dociera do powierzchni. Grubość atmosfery Marsa może być ponad 10 razy różna w różnych miejscach, napisali naukowcy.

Naukowcy odkryli również, że w wyniku oddziaływania GCR z atmosferą powstaje również inny szkodliwy rodzaj promieniowania, zwany wtórnymi cząstkami neutronowymi. Stwierdzili, że większa osłona atmosferyczna powoduje zwiększenie ilości neutronów wtórnych docierających do powierzchni.

Badacze wykorzystali najnowocześniejsze modelowanie komputerowe o nazwie Atmospheric Radiation Interaction Simulator (AtRIS) oraz dane dotyczące promieniowania zebrane przez łazik Curiosity NASA – który wylądował wewnątrz krateru Gale na Marsie w 2012 roku – do symulacji ekspozycji na GCR na powierzchni planety i zmierzenia, jak głęboko wnika on powierzchnię ziemi i skały powierzchniowe (tzw. regolit).

Wyniki ich analizy wykazały, że efektywna dawka promieniowania osiąga maksimum na głębokości około 30 centymetrów w głąb regolitu. Poza tym naukowcy zaproponowali, że dla bezpiecznego zamieszkania na Marsie – zdefiniowanego jako roczne narażenie na promieniowanie nie większe niż 100 milisiwertów – wymagana byłaby osłona regolitu o grubości od 1 do 1,6 metra. "W głębokim kraterze, gdzie ciśnienie powierzchniowe jest wyższe, potrzeba dodatkowej osłony regolitu jest nieco mniejsza" – piszą autorzy badania.

Zrozumienie wpływu promieniowania GCR na materię marsjańską oraz roli, jaką odgrywa atmosfera Marsa w zmianie ekspozycji na promieniowanie, jest krokiem naprzód w rozwoju potencjalnej bazy na Marsie.

"Od dawna argumentowano, że astronauci mogliby wykorzystać naturalne struktury geologiczne, takie jak świetliki jaskiniowe lub rury lawowe, jako schrony przed promieniowaniem na Marsie" – napisali autorzy badania. "Nasze badanie może posłużyć do złagodzenia ryzyka promieniowania przy projektowaniu przyszłych siedlisk marsjańskich z wykorzystaniem naturalnego materiału powierzchniowego jako osłony".

Konrad Siwik, dziennikarz Wirtualnej Polski