Sådan fungerer NASAs planetariske beskyttelse

I 1972, Apollo 16 -missionen vendte tilbage til Jorden med 731 sten- og jordprøver taget fra månens centrale højland, som de til sidst sendte til laboratorier rundt om i verden. Et af disse laboratorier blev begravet under område 51, den tophemmelige militære installation i det sydlige Nevada. Der, et team af geologer og astrobiologer genvundne sporer af ukendt oprindelse fra en klippes overflade og lagrede reproduktive strukturer til yderligere undersøgelse.

De særegne sporer forblev i dvale indtil 1974, da de pludselig spirede, inficerer snesevis af laboratoriearbejdere og producerer symptomer, der ligner dem, der er forårsaget af Ebola -virussen. Udbruddet, kendt som Crenshaw -episoden efter den første person, der fik den mystiske sygdom, krævede syv liv, indtil laboratoriemyndighederne kunne indeholde mikroberne og forhindre yderligere infektion.

Nu den gode nyhed:Vi løj. Den foregående historie, i det mindste delen om Crenshaw -afsnittet, er en fuldstændig opspind. Og den dårlige nyhed:Den er baseret på begivenheder, der virkelig kunne ske.

Faktisk, NASA oprettede Planetary Protection Office i 1960'erne for at overveje scenarier ligesom disse. Helt seriøst? NASA bruger virkelig hårdt tjente skatteyderes penge på at studere udenjordiske fejl? Det kan du tro. Og det er ikke kun fordi agenturets embedsmænd ærgrer sig over en måne- eller marsmikro, der udsletter Jordens befolkning. De er også bekymrede for, hvad vores bakterier kunne gøre, hvis de fik en tå på en anden planet. Et par transplanterede bakterier kan forvirre fremtidige søgninger efter liv eller værre, dræbe alle oprindelige organismer.

Ja, hr, mennesker har grublet over dette problem i årtier. Da John F. Kennedy holdt sin tale "vi vælger at gå til månen" i 1962, forskere havde allerede diskuteret spørgsmålet i september 1956, da Den Internationale Astronautiske Forening indkaldte sin syvende kongres i Rom.

Næsten præcis et år senere, Sovjetunionen lancerede Sputnik, indleder rumløbet og flytter konceptet om måne- og planetforurening fra en vag mulighed til en pludselig og skræmmende virkelighed.

1. Steril begyndelse:Historien om planetarisk beskyttelse
2. Mikrober, der kommer og går (eller kontaminering frem og tilbage)
3. NASAs tilgang til planetarisk beskyttelse
4. Jordiske mikrober er ikke velkomne:Reduktion af fremadskridende kontaminationsrisici
5. Fremmede mikrober er ikke velkomne:Reducerer kontaminering af ryggen på Apollo 11
6. Planetær beskyttelse på Apollo 11
7. Forfatterens note

Steril begyndelse:Historien om planetarisk beskyttelse

Selvom astronomer og astrobiologer diskuterede planetarisk beskyttelse allerede i 1956, de mobiliserede først rigtig i 1958. I foråret i det store år, National Academy of Sciences oprettede Space Science Board for at studere de videnskabelige aspekter af den menneskelige udforskning af rummet.

I juni, akademiet, baseret på bestyrelsens anbefalinger, delte sin bekymring over forurening med den internationale kongres for videnskabelige fagforeninger (ICSU), håber at gøre spørgsmålet til en global bekymring. Hvad gjorde ICSU? Danne et udvalg vedr Forurening ved udenjordisk efterforskning ( CETEX ) for at evaluere, om menneskelig udforskning af månen, Venus og Mars kan føre til forurening. CETEX -folkene begrundede, at terrestriske mikroorganismer ville have lidt håb om at overleve på månen, men at de måske kunne udslette en eksistens på Mars eller Venus. Som resultat, CETEX anbefalede, at mennesker kun sender steriliserede rumkøretøjer, herunder kredsløb, der kan have utilsigtede påvirkninger, til disse planeter.

I efteråret 1958, ICSU besluttede, at det var på tide at danne endnu et planetarisk beskyttelsesudvalg. Denne, kendt som Udvalget om Rumforskning , eller COSPAR , til sidst kom til at føre tilsyn med de biologiske aspekter af interplanetarisk udforskning, herunder sterilisering af rumfartøjer og planetarisk karantæne. COSPAR erstattede CETEX. Forstået?

På samme tid, NASA blev født i USA. I 1959, Abe Silverstein, NASAs direktør for Space Flight Programs, afgav det amerikanske rumfartsagenturs første formelle erklæringer om planetarisk beskyttelse:

Samme år, planetarisk beskyttelsesansvar sprang rundt i NASA som et forældreløst barn. De blev først delegeret til Office of Life Sciences og derefter til Office of Space Science and Applications. I 1963, inden for kontorets biovidenskabelige programmer, det Planetarisk karantæne -program begyndte og til sidst førte tilsyn med flere Apollo -missionsaktiviteter, såsom afskærmning af månesten mod terrestrisk forurening og beskyttelse af jorden mod månedyr, hvis de eksisterede.

I 1976, Planetarisk karantæne -program blev til Kontoret for planetarisk beskyttelse , og PQ Officer blev til Planetary Protection Officer ( PPO ). I dag, PPO er stadig en stor spiller, når det kommer til at forme NASA -missioner. Han eller hun rådfører sig med interne og eksterne rådgivende udvalg og giver derefter vejledning om, godt, stort set alt, fra hvordan et rumfartøj skal samles til hvordan prøver fra andre himmellegemer indsamles, gemt og returneret til Jorden.

Som du kan forestille dig, missionsteamene elsker ikke altid PPO, fordi hans eller hendes anbefalinger gør deres job sværere. Men så igen, Og hvad så? PPO har en meget dyb - og en dybt vanskelig - opgave, som skal beskytte livet i galaksen for enhver pris.

Da NASAs Abe Silverstein første gang talte om planetarisk beskyttelse, han forsømte at nævne, hvordan du går til at sterilisere et rumfartøj. Den dejlige udfordring faldt til US Army BioLabs i Fort Detrick, Md. Den proces forskere udarbejdede adskilte sig radikalt fra medicinsk sterilisering. Trods alt, de kunne ikke ligefrem presse en raket ind i en autoklav, maskinen brugt af hospitaler til at dræbe bakterier ved hjælp af overophedet damp. I stedet, de "vaskede" rumfartøjer i ethylenoxid, en gas, der var opløselig i mange materialer og effektivt kunne trænge ind i krogene på selv det mest komplekst designede køretøj. De brugte også stråling og tør varme, anvendt over lang tid.

Mikrober, der kommer og går (eller kontaminering frem og tilbage)

Inden du kan overveje kontaminering, du skal blive lidt tung og definere livet i en strengt biologisk forstand. Hvad er det? Er det organiske liv, vi ser på Jorden, den samme slags, som vi kan forvente på en planet i en anden galakse?

Godt, i solsystemet, der umiddelbart omgiver vores hjemmeplanet, livet adlyder sandsynligvis lignende biologiske og fysiske principper. Hvis Mars, for eksempel, besad en jordlignende atmosfære og flydende vand for milliarder af år siden, så kan du forvente, at kulstofbaserede livsformer kan have udviklet sig der, også. Ja, nogle forskere spekulerer på, at livet på Jorden kom fra Mars (det ultimative eksempel på planetarisk forurening!). Tanken er, at meteoritter, der er slået løs fra vores røde nabo, rejste over rummet og smækkede vores unge, netop udviklende planet. Disse meteoritter kunne have båret "frø" af organisk liv, der ligger i Jordens varme, vandig barm og begyndte den evolutionære rejse for at producere den store mangfoldighed af arter, vi kender i dag.

En anden vigtig udvikling i definitionen af ​​liv har været studiet af mærkelige og eksotiske organismer på Jorden. Biologer omtaler disse skabninger som ekstremofiler :organismer, der trives under ekstreme forhold, såsom stærk syre, lav ilt eller ekstremt høje temperaturer. Tilsyneladende, Dr. Ian Malcolm, den skæve matematiker i "Jurassic Park, "havde det rigtigt, da han sagde, "Livet finder en vej." Der er muligvis ikke noget sted på denne planet, selv miljøer giftige for højere organismer, hvor højt specialiserede mikroorganismer ikke kan leve helt komfortabelt. Og hvis livet finder en vej i Jordens ekstreme miljøer, så er det givet, at det kunne gøre det samme under de hårde forhold, der findes på Mars eller endda Venus.

Denne logik danner grundlaget for planetarisk beskyttelse og driver dens to hovedprioriteter:at forhindre forurening frem og tilbage. Fremadrettet kontaminering opstår, når jordbaserede mikrober kører en tur på en NASA-raket (eller en NASA-astronaut), lander på en anden krop i solsystemet og, en gang der, beslutte at blive ved. Faktisk, til en hårdfør mikrobe, Marsjord repræsenterer blot endnu et ekstremt miljø, som den skal tilpasse sig. Det omvendte kan ske lige så let. I rygforurening , en udenjordisk fejl, hunkered ned i den golde jord på sin hjemplanet, kunne fastgøre til en astronauts støvle, rejse til Jorden og begynde at leve stort i sit nye, femstjernet resort.

NASA designer sit planetariske beskyttelsesprogram for at forhindre begge former for forurening. Hvordan det klarer den fantastiske bedrift, er næste gang.

Vi ved, at det er lidt underligt at tænke på dig selv som en martian, men overvej de omkring 60 meteoritter, der er fundet på Jorden, og som forskere mener er sikre på, kom fra Mars. Nogle af disse såkaldte Mars-meteoritter, når den skæres tyndt og ses under kraftige mikroskoper, synes at besidde strukturer, der minder om simple typer bakterier, der findes på Jorden. Juryen er stadig ude af beviserne til dato, men konceptet er ikke blevet afvist helt.

NASAs tilgang til planetarisk beskyttelse

I betragtning af at en enkelt person har flere bakterier på hendes krop, end der er mennesker i USA, og at overveje en enkelt NASA-raket eller sonde er et praktisk projekt for tusinder af arbejdere, det kan virke som et fjols ærinde at forsøge at dekontaminere et rumfartøj [kilde:Hurst og Reynolds]. Så igen, skeptikere hånet på tanken om at sende mennesker til månen og returnere dem sikkert. For at tackle disse komplekse scenarier, NASA -planlæggere gør, hvad de altid gør:de bryder problemet ned og sørger for, at hvert lille stykke har en passende løsning.

Til planetarisk beskyttelse, denne omhyggelige proces begynder med at definere missionen i form af mållegemet (lad os sige Mars), typen af ​​møde (land og betjen en ubemandet rover ved navn Curiosity) og de specifikke mål (find ud af, om Mars kunne have støttet livet ved at lave masser af kemisk analyse af Mars -prøver).

Fordi hver type mission præsenterer unikke forureningsudfordringer, Planetary Protection Officer fastlægger specifikke krav baseret på den nuværende videnskabelige viden og input fra rådgivende organer. Han eller hun videregiver disse krav til ingeniører og planlæggere, hvem skal inkorporere dem, når de bygger, teste og udvikle missionskomponenter. I NASAs nuværende politik, betjenten vil klassificere en mission i en af ​​fem kategorier, hver med sine egne krav til planetarisk beskyttelse (se tabel).

Næste, vi vil se, hvordan NASA bekæmper alle disse forureningsrisici.

Jordiske mikrober er ikke velkomne:Reduktion af fremadskridende kontaminationsrisici

Husk, hvordan NASA først bad disse biologer i Fort Detrick om at udvikle effektive metoder til at reducere antallet af mikroorganismer på udgående rumfartøjer - hvad insidere omtaler som reduktion af biobyrde ? Godt, efterhånden som flere missioner kom online, vi blev bedre til planetarisk beskyttelse. For eksempel, NASA -embedsmænd implementerede strenge karantæneregler for besætningen til de tidlige Apollo -missioner, fordi de ikke vidste, om der eksisterede månemikrober eller ej. Efter tidlig test af måneprøver, imidlertid, forskere fastslog, at månen aldrig havde liv, så karantæneprocedurer for mandskab var ude af vinduet efter den tredje Apollo -rejse.

Vikingemissionerne i midten af ​​1970'erne var lige så vigtige for planetarisk beskyttelse som Apollonerne, og førte til udviklingen af ​​mange teknikker, der stadig bruges i dag.

• Renrum og mikrobielle barrierer . NASA-medarbejdere byggede Viking-komponenter i fejl- og støvfrie rum kendt som renrum . Disse værelser lever op til deres navn ved hjælp af laminære luftstrømssystemer , som holder luft i bevægelse i en retning langs parallelle strømningslinjer og med ensartet hastighed. Når luften bevæger sig, superfine filtre fælder støv, bakterier og andet affald, der ellers kan sætte sig på udstyrets overflade. Alle renrum modtager vurderinger baseret på, hvor godt de udfører deres job. Jo lavere rating, renere anlægget. Klasse 10 værelser, for eksempel, har færre end 10 partikler pr. kubikfod. NASA krævede, at Viking -komponenter blev bygget i renrum i klasse 100 [kilde:NASA Office of Planetary Protection].
• Beskyttende tøj. Inden arbejdere kan træde ind i et renrum, de skal tage specielt tøj på fra top til tå. Disse beklædningsgenstande omfatter emhætter, masker, handsker og kanin jakkesæt , helkropsdragter som dem, der blev kendt af Intel i slutningen af ​​1990'erne. Tøjet forhindrer arbejdere i at deponere hår eller bakterier i renrumsmiljøet.
• Sterilisering . Efter Fort Detrick -eksperimenterne, NASA valgte tørvarme-sterilisering som den foretrukne teknik for vikingelanderne. I det væsentlige, sterilisering ved tør varme kræver, at man sætter det færdigmonterede rumfartøj i en kæmpe ovn og bager det ved 233 grader Fahrenheit (112 grader Celsius) i 30 timer. Inden arbejdere bager beholderen, de indkapsler det i en stor keramisk kappe - noget der ligner CorningWare - for at beskytte sarte komponenter. En alternativ metode, brugt siden vikingerne, er afhængig af fordampet hydrogenperoxid, som kan anvendes ved lavere temperaturer, men dræber stadig mikrober effektivt.

Selvfølgelig, de teknikker, vi hidtil har dækket, reducerer kun biobyrden på et rumskibs metalliske overflader. NASA bekymrer sig også om noget kendt som indkapslet byrde - bakterier begravet dybt inde i ikke-metallisk rumfartøjsmateriale. Hvis en orbiter eller lander ved et uheld rammer sit mål, noget kendt som en utilsigtet påvirkning i NASA-tale, disse indkapslede mikrober kunne frigives, forpurre missionens planetariske beskyttelsesindsats.

For at sikre, at dette ikke sker, missionsplanlæggere anvender en teknik kaldet forspænding af banen . Sådan fungerer det:Først, flyingeniører retter rumskibet, så det vil savne sit mål med hundredvis eller endda tusinder af kilometer. Derefter, efter lanceringen, de sporer skibet omhyggeligt og efterhånden som de bliver mere sikre på, at det er på vej og reagerer godt, de begynder langsomt at korrigere banen. Hvis de nogensinde mister kontakten med rumfartøjet og ikke længere kan kontrollere det, de ved, at det vil være langt mindre sandsynligt, at det får en utilsigtet effekt med målkroppen.

Earth-return missioner bruger alle disse teknikker til den udgående tur. Den indgående rejse kræver et par trin for at sikre, at astronauter eller prøver, der vender tilbage, ikke forurener Jordens biosfære.

Fremmede mikrober er ikke velkomne:Reducerer kontaminering af ryggen på Apollo 11

Da NASA sigtede til månen i 1960'erne, ingen vidste, om månestøv holdt eksotiske livsformer eller ej. Hvad hvis en grim fejl boede på vores nærmeste himmelske nabo? Og hvad nu hvis den fejl gjorde det tilbage til Jorden og forstyrrede planetens sarte økologiske balance? Disse var ikke kun bekymringer for det amerikanske rumprogram. Nix, forfatteren Michael Crichton stillede dem, også.

I maj 1969, kun to måneder før Apollo 11 ville bære de første mennesker til at gå på et andet himmellegeme, Crichton udgav "The Andromeda Strain, "en advarsel om farlige mikroorganismer transporteret til jorden på et rumfartøj. Den bedst sælgende antændte frygt for konsekvenserne af en rummission, der forurener vores planet. NASA, selvfølgelig, havde allerede arbejdet hårdt på at udvikle strenge retningslinjer for planetarisk beskyttelse på det tidspunkt, men den fordoblede sine bestræbelser på at hjælpe med at dulme offentlige bekymringer.

Som vi talte om, NASA ville i sidste ende anse månen ude af stand til at støtte liv og lette sine retningslinjer for planetarisk beskyttelse omkring månemissioner, men det tidlige Apollo -program, især Apollo 11, modeller, hvordan rumagenturet har minimeret tidligere risiko for rygforurening. NASAs tilgang adresserede tre hovedproblemer:det hjemvendte rumfartøj, astronauterne og eventuelle prøver, der blev transporteret tilbage. Lad os starte med astronauterne.

Da Columbia Command Module sprøjtede ned i Stillehavet den 24. juli, 1969, et opsving besætning sprang fra en helikopter til det flydende rumfartøj. Efter at have fastgjort en flotationskrave til fartøjet og oppustede tømmerflåder, et af besætningsmedlemmerne åbnede lugen til modulet, passeret over tre biologiske isoleringstøj ( STORE ) og lukkede hurtigt igen lugen. Dette besætningsmedlem bar også en af ​​dragterne for at forhindre kontaminering under afleveringen.

Når astronauterne forseglede sig sikkert i deres beskyttelsesbeklædning, kommandomodullugen blev genåbnet, og de klatrede ombord på en af ​​tømmerflåderne. Alle tre astronauter modtog et blegemiddelbaseret svampebad og ventede derefter, mens medlemmet af genopretningsbesætningen tørrede lugen og udstødningsventilerne i kommandomodulet med jodopløsning. Derefter hejste folkene på helikopteren astronauterne op af vandet og bar dem til dækket af USS Hornet. Efter en elevatortur ned til lavere dæk, de forlod og gik til mobil karantæne ( MQF ), et forseglet kammer, der ville være deres hjem i flere dage.

Skibet transporterede anlægget, med Apollo -besætningen forseglet indeni, til Honolulu. Derefter transporterede et fly det til Houston, hvor en ventende lastbil piskede astronauterne til Lunar Receiving Laboratory , eller LRL . Den 27. juli, astronauterne gik fra MQF gennem en forseglet tunnel ind i laboratoriets besætningsreception. Astronauterne forblev under karantæne i Houston indtil den 10. august, mens et team af læger overvågede deres helbred og så efter mulige infektioner. Når ingen udviklede sig, de blev betragtet som sunde og fri for månepatogener.

Planetær beskyttelse på Apollo 11

Når astronauterne var sikkert indesluttet i MQF, genoprettelsesbesætningen arbejdede på at få Columbia Command Module ombord på Hornet. En skibskran løftede rumskibet fra vandet og placerede det på en elevator. Derefter blev det sænket til det samme dæk som MQF. Der, en plasttunnel blev anbragt mellem kommandomodulet og karantæneanlægget, så måneprøver og filmoptagelser under missionen kunne overføres til MQF uden frygt for kontaminering. Den 30. juli, rumfartøjet ankom til Houston ved LRL, hvor genopretningsingeniører fjernede og sænkede alt udstyr til karantæne. Derefter aftørrede de interiøret med desinfektionsmiddel, opvarmede den til 110 grader Fahrenheit (43 grader Celsius) og fyldte den med formaldehydgas i 24 timer. Som en sikkerhedsforanstaltning, genoprettelsesbesætningen forblev også i karantæne sammen med Apollo -astronauterne.

Hvad skete der med prøverne? Handlers fjernede dem fra MQF ved hjælp af dekontamineringslåse. Derefter tog de også deres vej tilbage til LRL. De ankom i lufttætte kufferter kendt som Apollo Lunar Sample Return Containere , eller ALSRC'er . Handlere på laboratoriet steriliserede ydersiden af ​​kufferterne ved først at udsætte dem for ultraviolet lys og derefter vaske dem i pereddikesyre , et biocid, der typisk bruges i mad- og drikkevaremiljøer. Efter skylning med sterilt vand, håndterere førte ALSRC'erne gennem en vakuumlås ind i handskerummet i hovedvakuumkammeret. Alle tidlige test på måneprøverne fandt sted inden for handskerummet, som tjente som en lufttæt barriere for at forhindre mikrober i at undslippe. I august 1969, efter intens biologisk og kemisk analyse, LRL -embedsmænd erklærede måneprøverne fri for månemikroorganismer og frigav dem fra karantæne.

Det kan lyde som en masse forholdsregler, men nogle har argumenteret for, at den planetariske beskyttelsesindsats, NASA brugte til Apollo 11, i bedste fald var forgæves. Trods alt, da Columbia Command Module sprøjtede ind i Stillehavet, ingen sikkerhedsforanstaltninger var på plads for at fange en irriterende mikrobe, der på en eller anden måde kunne have overlevet genindtrængen i Jordens atmosfære. Og analysen af ​​måneprøverne blev standset på et tidspunkt, da arbejderne frygtede, at handskerummet i vakuumkammeret kunne have en lækage. Hvad hvis månen virkelig understøttede livet? Og hvad nu hvis en af ​​disse månelivsformer rystede fri fra rumfartøjet Columbia, slået sig ned på havbunden og koloniseret? Er det ren science fiction? Eller måske en uundgåelig virkelighed som vi, rumfare mennesker, som vi er, udforske flere og flere af vores store, mystisk univers?

Forfatterens note

Undersøg lidt om planetarisk beskyttelse, og du kommer til at støde på Michael Crichtons "The Andromeda Strain." Men hvis du vil have en campier til at tage emnet op, afhentning (eller download) af filmen "Creepshow" fra 1982. I det, der er en historie kaldet "Jordens Verrills ensomme død, "som spiller Stephen King i den samme rolle. Jordy er en landmand, der finder en meteorit og tror, ​​at det er hans gyldne billet. Desværre, meteoritten bærer fremmede sporer, der gør den stakkels fyr til et gående ukrudt. Det er ikke en lykkelig slutning, men det er et interessant bud på planetarisk beskyttelse.

relaterede artikler

• Sådan fungerer udlændinge
• Sådan fungerer Mars Exploration Rovers
• Sådan fungerer NASA
• Hvordan Terraforming Mars vil fungere
• Sådan fungerede rumfartøjet Apollo
• Sådan fungerer ekstremofiler
• Leder vi efter udlændinge de forkerte steder?

Kilder

• COSPAR Planetary Protection Policy. 20. oktober kl. 2002, ændret 24. marts 2011.
• Hurst, William C. og A. Estes Reynolds. "Mad, Hænder og bakterier. "University of Georgia College of Agriculture and Environmental Sciences. 19. marts, 2010. (20. februar, 2012) http://www.caes.uga.edu/publications/pubDetail.cfm?pk_id=5982
• Irion, Robert. "Kom livet på jorden fra Mars." Opdag magasinet. 1. august, 2001. (20. februar, 2012) http://discovermagazine.com/2001/aug/featmars/?searchterm=planetary%20protection
• Jha, Alok. "Mars -meteorit indeholder lommer af den røde planets atmosfære." Værgen. 8. februar kl. 2012. (20. februar, 2012) http://www.guardian.co.uk/science/2012/feb/08/natural-history-museum-martian-meteorite
• Koerner, Brendan. "Din planetariske beskyttelsesofficer." Skifer. 20. april kl. 2004. (20. februar, 2012) http://www.slate.com/articles/news_and_politics/explainer/2004/04/your_planetary_protection_officer.html
• Lemonick, Michael D. "Alien Life Discovered in a Meteorite! Eller Måske Ikke." Tid. 7. marts 2011. (20. februar, 2012) http://www.time.com/time/health/article/0, 8599, 2057461, 00.html
• Meltzer, Michael. "When Biospheres Collide:A History of NASA's Planetary Protection Programs." NASA. 2011.
• NASA Office of Planetary Protection websted. (20. februar, 2012) http://planetaryprotection.nasa.gov/
• USS Hornet. "Apollo 11 &12 Recovery." (20. februar, 2012) http://www.uss-hornet.org/history/apollo/
• Ukrudtsplante, William Speed. "Er vi klar til fremmede fejl?" Opdag magasinet. 1. marts 2003. (20. februar, 2012) http://discovermagazine.com/2003/mar/featalien/?searchterm=planetary%20protection