Sinaran Galaksi Boleh Menyebabkan Degenerasi Otak

Isi kandungan:

Video: Sinaran Galaksi Boleh Menyebabkan Degenerasi Otak

Video: Sinaran Galaksi Boleh Menyebabkan Degenerasi Otak
Video: Gimana Seandainya Paku Berkarat Menusuk Kaki Anda? 2024, Mac
Sinaran Galaksi Boleh Menyebabkan Degenerasi Otak
Sinaran Galaksi Boleh Menyebabkan Degenerasi Otak
Anonim
Sinaran galaksi boleh menyebabkan degenerasi otak
Sinaran galaksi boleh menyebabkan degenerasi otak

Sepasukan penyelidik dari Pusat Perubatan Universiti Rochester (URMC) di New York telah mengumumkan hasil penyelidikan mereka. Angkasawan jangka panjang di angkasa, misalnya, semasa penerbangan ke Marikh, boleh menyebabkan masalah kesihatan akibat radiasi galaksi. Khususnya, untuk degenerasi otak, dan mungkin juga permulaan penyakit Alzheimer

Imej
Imej

Sebelumnya, pada tahun 2012, kesimpulan serupa dilaporkan oleh saintis Rusia. Seperti yang ditulis oleh Natalia Teryaeva di surat kabar Ploshchad Mira, jika anda terbang dalam ekspedisi Mars dengan kapal angkasa moden, penerbangan akan memakan masa sekurang-kurangnya 500 hari. Dalam tempoh misi angkasa ini, kesihatan angkasawan dapat hilang secara tidak dapat ditarik balik.

Ini dibuktikan dengan hasil kajian oleh ahli radiobiologi dan ahli fisiologi Rusia, yang dibincangkan di Institut Penyelidikan Nuklear Bersama (JINR) pada pertemuan lawatan Biro Jabatan Fisiologi dan Perubatan Asas Akademi Sains Rusia.

Para saintis melihat bahaya terbesar dalam radiasi galaksi: ia dapat menghilangkan pandangan dan akal seseorang, tanpanya tidak mungkin mencapai sasaran atau pulang ke rumah.

Pernyataan penyelidik mengenai bahaya ion berat bagi organisma angkasawan tidak spekulatif, ia berdasarkan data eksperimen pemecut dengan haiwan yang dilakukan di Makmal Biologi Sinaran Institut Bersama Penyelidikan Nuklear (LRB JINR) di kerjasama dengan Institut Masalah Bioperubatan Akademi Sains Rusia (IMPB RAS), Institut Biokimia RAS (IBCh RAS) dan bekerjasama dengan ahli biologi dari Agensi Angkasa Negara Amerika (NASA).

Ion berat lebih menakutkan daripada proton

Di ruang dalam - di luar medan magnet Bumi - sinaran kosmik berbahaya yang berasal dari kedalaman galaksi terletak menunggu manusia.

"Sinaran kosmik galaksi adalah aliran zarah unsur - ion ringan dan berat," jelas Mikhail Panasyuk, pengarah Institut Penyelidikan Skobeltsyn Fizik Nuklear (SINP MSU). Inti telanjang. Sebabnya ialah interaksi dengan bahan dalam proses pemindahan mereka di Alam Semesta. Unsur yang paling umum dari sinar kosmik adalah hidrogen, ionnya adalah proton. Zarah-zarah ini dipercepat pada gelombang kejutan - sisa letupan supernova. Bintang seperti itu tidak meletup di Galaksi kita. lebih kerap daripada sekali dalam 30 -50 tahun.

Fluks zarah sinar kosmik galaksi adalah berterusan, berbeza dengan sinar kosmik suria, yang dihasilkan di Matahari atau di medium antara planet semasa suar suria. Oleh kerana itu, jumlah sumbangan sinar kosmik suria dalam jangka masa yang panjang tidak signifikan. Tetapi semasa suar suria (selama beberapa jam, hari), fluks sinar kosmik suria boleh melebihi aliran sinaran kosmik galaksi. Sebagai tambahan, tenaga zarah sinar kosmik suria, sebagai peraturan, lebih sedikit daripada zarah sinar kosmik galaksi. Terdapat juga sinar kosmik extragalactic yang memasuki Galaksi kita dari galaksi lain. Tenaga mereka lebih besar daripada sinar kosmik galaksi, tetapi fluksnya jauh lebih sedikit. Sinaran kosmik mempunyai julat tenaga yang besar: dari 106 (1 MeV) hingga 1021 eV (1 ZeV).

Spektrometer jisim tenaga yang dipasang pada satelit penyelidikan angkasa merakam komposisi sinar kosmik. Ternyata sedikit daripada satu peratus daripada semua zarah sinaran galaksi adalah ion berat dengan tenaga 300 - 500 MeV / nukleon - inti unsur kimia berat. Pecahan ion cahaya dan berat sinaran galaksi mengandungi sebahagian besar ion karbon, oksigen dan besi - dari unsur-unsur stabil ini, teras bintang terbentuk sebagai hasil evolusi bintang.

Hasil pengukuran satelit ruang berfungsi sebagai asas untuk pengiraan model lebih lanjut, yang menunjukkan bahawa di luar magnetosfera Bumi, kira-kira 105 ion berat jatuh per sentimeter persegi setiap tahun, dan sekitar 160 zarah dengan muatan Z lebih besar daripada 20 jatuh per setiap hari sebilangan besar daripadanya akan jatuh setiap sentimeter persegi permukaan badan kosmonot.

Ion berat ruang begitu bertenaga sehingga mereka "menembus" kulit kapal angkasa moden di angkasa lepas, seperti bola meriam yang membombardir sutera halus. Para saintis Makmal Biologi Sinaran di JINR telah mengetahui bagaimana ini boleh membahayakan kesihatan para utusan Bumi dalam perjalanan jauh.

Ke Marikh - dengan sentuhan?

"Kami berjaya memahami mengapa dos yang sama dengan radiasi yang berbeza (fluks ion berat, neutron, radiasi gamma) menyebabkan kesan yang berbeza pada sel hidup," kata Pengarah JINR LRB Sejajar Anggota Akademi Sains Rusia Evgeny Krasavin. Radiasi yang berbeza dikaitkan dengan ciri fizikal radiasi dan dengan sifat biologi sel hidup itu sendiri - kemampuannya untuk memperbaiki kerosakan DNA selepas penyinaran. Dalam eksperimen pada pemecut ion berat, kami mendapati bahawa kerosakan DNA yang paling teruk berlaku di bawah pengaruh ion berat. sinar (seberkas foton) dan pancaran ion berat dapat dibayangkan seperti ini: untuk menembak tembakan kecil dari pistol ke dinding adalah bahaya dari sinar-X, untuk menembak bola meriam di dinding yang sama adalah kehancuran dari satu ion berat. kehilangan lebih banyak tenaga mereka seunit lebih dari sepupu mereka yang lebih ringan. Itulah sebabnya, melalui sel, ion berat dalam perjalanan menghasilkan kehancuran besar. Apabila zarah berat melintasi nukleus sel, lesi "jenis kluster" terbentuk dengan banyak pecahan ikatan kimia dalam serpihan DNA. Mereka menyebabkan pelbagai jenis kerosakan kromosom yang teruk pada inti sel."

Selanjutnya, logik penalaran para saintis adalah sebagai berikut. Ion hidrogen (proton) dengan tenaga 200 - 300 MeV / nukleon mempunyai masa untuk menjalankan jalan 11 cm di dalam air sebelum perlambatan lengkap. Tubuh manusia adalah 90% air. Mengekstrapolasi hasil ini ke tubuh manusia yang hidup, kita dapat membuat kesimpulan: walaupun ion cahaya dalam perjalanannya dapat merosakkan ribuan sel di dalam tubuh kita. Sekiranya ion berat dengan muatan lebih dari 20, hasil yang lebih menyedihkan bagi kesihatan harus diharapkan.

Organ manusia apa yang boleh rosak oleh ion galaksi yang paling teruk dan mengancam nyawa?

- Sekiranya anda berfikir untuk berkembang biak secara aktif - cepat diperbaharui - tisu badan, seperti darah atau kulit, maka kerosakannya disebabkan oleh sifat semula jadi akan cepat sembuh, - jelas pengarah LRB JINR Yevgeny Krasavin. - Tetapi pada tisu statik - sistem saraf pusat, mata, yang tidak mempunyai kemampuan semula jadi untuk memperbaiki kerosakan dengan cepat, aliran berterusan ion berat akan memberi kesan berbahaya pada lapisan, menyebabkan kematian sel secara berkala. Tetapi sistem saraf pusat dan mata adalah "cip" kawalan badan kita.

Dalam eksperimen pada haiwan di Dubna, sekumpulan ahli radiobiologi yang diketuai oleh Ahli Akademi Akademi Sains Rusia Mikhail Ostrovsky mengkaji mekanisme kesan ion berat pada struktur mata - lensa, retina, dan kornea. Pada pemecut JINR, tikus dan larutan kristal (protein) lensa mereka disinari dengan sinar proton 100-200 MeV.

"Lensa mata manusia dan vertebrata terdiri daripada 90% terdiri daripada kristal alpha-, beta- dan gamma," kata ahli akademik Ostrovsky dalam ucapannya pada mesyuarat lawatan Biro Jabatan Matematik Fizikal dan Mekanik Akademi Rusia of Science. struktur dan berat molekul. Pendedahan kepada sinaran ultraviolet atau sinaran boleh menyebabkan pengumpulan kristal - kemunculan gentian legap di lensa. Hasil daripada agregasi, konglomerat penyebaran cahaya yang besar terbentuk, yang membawa kepada pengaburan lensa, iaitu, pengembangan katarak. Melewati lensa mata, bahkan ion berat tunggal setelah beberapa saat, ia boleh menyebabkannya menjadi keruh.

Kembali ke Bumi sebagai Homo sapiens

Paling sedikit dari semua ahli radiobiologi telah mengkaji kesan kerosakan ion berat pada sistem saraf pusat. Menurut pakar NASA, semasa misi Mars dari 2 hingga 13 peratus sel saraf akan dilintasi oleh sekurang-kurangnya satu ion besi. Dan satu proton akan terbang melalui inti setiap sel badan setiap tiga hari. Oleh itu, terdapat bahaya serius dari pelanggaran reaksi tingkah laku anak kapal. Ini membahayakan keseluruhan misi. Otak adalah alat yang sangat halus, dan gangguan pada sebahagian kecilnya dapat menyebabkan hilangnya fungsi seluruh organisme, seperti yang terjadi pada orang yang mengalami stroke atau pada mereka yang menderita penyakit Alzheimer.

Di Makmal Radiasi Angkasa NASA di Brookhaven, menggunakan sebatang ion besi yang dipercepat menjadi tenaga 1 GeV / nukleon, sinaran galaksi disimulasikan pada pra-akselerator ion berat dari collider RHIC di Makmal Nasional Brookhaven. Eksperimen tikus disebut "ujian kognitif". Kawasan pepejal kecil diletakkan di kolam bulat di bawah lapisan nipis air legap. Tikus makmal - pertama sihat dan kemudian disinari dengan pancaran ion besi - dilancarkan ke kolam ini dan memantau seberapa cepat haiwan dapat menemukan kawasan ini dan naik ke atasnya. Tikus yang sihat dengan cepat menemui laman web ini dan berjalan ke arahnya di sepanjang jalan terpendek. Penyinaran dengan ion berat mengubah fungsi kognitif (kemampuan belajar) haiwan secara dramatik. Sebulan selepas penyinaran, tingkah laku tikus berubah secara mendadak. Dia mengelak, mengelilingi kolam itu untuk waktu yang lama, hingga dia hampir tidak sengaja merasakan tanah yang kukuh di bawah kakinya. Kemampuan berfikir haiwan itu terjejas teruk. Ketika tikus disinari dengan sinar-X dan sinaran gamma, tidak ada kesan seperti itu.

Untuk mewakili kemungkinan akibat penyinaran tubuh manusia dengan ion berat, perlu "memainkan" model bahaya kosmik pada primata, kata para penyelidik. Walaupun begitu, bahaya dari kesan sinaran galaksi dari ion berat yang terdapat pada tikus cukup meyakinkan untuk tidak memikirkannya ketika merancang untuk menghantar orang dalam penerbangan yang panjang ke Mars.

Cara mengelakkan masalah

Dari apa yang diketahui oleh ahli fizik dan ahli biologi hari ini, risiko bahawa kerosakan radiasi pada angkasawan tidak dapat dikurangkan menjadi sifar selama lebih dari satu tahun perjalanan ke Marikh. Kaedah untuk mengurangkan risiko ini ada sejauh ini dalam bentuk idea.

Idea pertama: merancang penerbangan ke Mars semasa kitaran solar maksimum. Pada masa ini, aliran sinar kosmik galaksi kurang kerana hakikat bahawa medan magnet antara planet sistem suria akan membengkokkan lintasan sinar kosmik galaksi, berusaha mengurangkan intensiti zarah mereka dan zarah "menyapu" dengan tenaga kurang daripada 400 MeV / nukleon dari sistem suria.

Idea kedua: untuk mengurangkan dos radiasi dari sinaran galaksi secara signifikan dengan cara perlindungan kapal yang boleh dipercayai dan menyediakan tempat perlindungan khas dalam struktur kapal dengan perlindungan yang lebih kuat dari aliran angin suria yang tidak dapat diramalkan. Jenis bahan pelindung baru sedang dikembangkan yang akan lebih berkesan daripada aluminium yang digunakan sekarang, misalnya plastik yang mengandung hidrogen seperti polietilena. Dengan bantuan mereka, adalah mungkin untuk membuat perlindungan yang mampu mengurangkan dos radiasi sebanyak 30 - 35% pada ketebalan 7 cm. Benar, ini tidak mencukupi, saintis percaya, ketebalan lapisan pelindung mesti ditingkatkan. Dan jika ia tidak berfungsi, kurangkan jangka masa penerbangan dengan ketara - katakanlah, sekurang-kurangnya hingga 100 hari. Seratus hari adalah angka sejauh ini hanya dibenarkan secara intuitif. Bagaimanapun, anda perlu terbang lebih cepat.

Idea ketiga: untuk menyediakan juruterbang kapal angkasa Mars dengan ubat-ubatan anti-radiasi yang berkesan yang dapat memperkuat ikatan antara protein DNA, mengurangkan kerentanan mereka terhadap pengeboman ion berat.

Idea keempat adalah membuat medan magnet buatan di sekitar kapal angkasa, serupa dengan medan magnet bumi. Terdapat projek magnet toroidal superkonduktor, di dalam dan di luarnya medan mendekati sifar, agar tidak merosakkan kesihatan angkasawan. Medan magnet yang kuat harus mengalihkan sebahagian besar proton dan inti kosmik dari kapal angkasa, dan mengurangkan dos radiasi sebanyak 3 - 4 kali semasa ekspedisi ke Marikh. Prototaip magnet seperti itu telah dibuat dan akan digunakan dalam eksperimen untuk mengkaji sinar kosmik di Stesen Angkasa Antarabangsa.

Namun, sehingga idea melindungi kru Martian tidak menemukan perwujudannya, hanya ada satu jalan keluar, kata ahli radiobiologi: untuk melakukan kajian radiobiologi terperinci dalam keadaan terestrial pada pemecut ion berat, yang dalam keadaan terestrial akan memungkinkan mensimulasikan kesan merosakkan nukleus berat bertenaga tinggi yang terpancar dari kedalaman galaksi. Antara pemecut unik tersebut ialah Nuclotron dari Makmal Fizik Tenaga Tinggi JINR dan kompleks collider NICA yang dibuat berdasarkannya. Para saintis menaruh harapan besar pada kemampuan pemasangan ini.

Dan jika kita tergesa-gesa untuk terbang ke Marikh, maka inilah masanya untuk membina kapal angkasa yang lebih cepat, atau meninggalkan impian penerbangan berawak di ruang dalam buat masa ini. Biarkan robot bergerak buat masa ini.

Disyorkan: