Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

For at undgå synsproblemer i rummet, astronauter har brug for en slags kunstig tyngdekraft

NASA -astronaut Nicole Stott, Ekspedition 20/21 flyingeniør, er afbildet nær Mice Drawer System (MDS) i Kibo -laboratoriet på den internationale rumstation. Kredit:NASA

Lige siden astronauter begyndte at gå i rummet i længere tid, det har været kendt, at langvarig udsættelse for nul-tyngdekraft eller mikrogravitation kommer med sin andel af sundhedseffekter. Disse omfatter muskelatrofi og tab af knogletæthed, men også strække sig til andre områder af kroppen, hvilket fører til nedsat organfunktion, cirkulation, og endda genetiske ændringer.

Af denne grund, talrige undersøgelser er blevet udført ombord på Den Internationale Rumstation (ISS) for at bestemme omfanget af disse effekter, og hvilke strategier der kan bruges til at afbøde dem. Ifølge en ny undersøgelse, der for nylig dukkede op i International Journal of Molecular Sciences , et team af NASA- og JAXA-finansierede forskere viste, hvordan kunstig tyngdekraft skulle være en vigtig komponent i eventuelle fremtidige langsigtede planer i rummet.

Som bemærket, en betydelig mængde forskning er blevet udført for at identificere og kvantificere de virkninger, mikrogravitation har på menneskekroppen. Et godt eksempel på dette er Twins Study udført af NASAs Human Research Program (HRP), som undersøgte virkningerne på astronauten Scott Kellys krop, efter at han tilbragte et år ombord på den internationale rumstation - ved hjælp af sin tvillingebror, Mark Kelly, som kontrol.

Disse og andre undersøgelser har bekræftet, at eksponering for mikrogravitation ikke kun kan påvirke knogletæthed og muskelmasse, men også immunfunktion, iltning i blodet, kardiovaskulær sundhed, og endda mulige genomiske og kognitive ændringer. Ud over, syn er også noget, der kan påvirkes af tid brugt i rummet, hvilket er resultatet af mindre cirkulation og ilt, der gør det til okulærvævet.

Udvendigt billede af en Stanford torus. Nederst i midten er det ikke-roterende primære solspejl, som reflekterer sollys på den vinklede ring af sekundære spejle omkring navet. Kredit:Maleri af Donald E. Davis

Faktisk, omkring 30 procent af astronauter på kortsigtede rumfærgeruter (cirka to uger) og 60 procent på langvarige missioner til ISS har rapporteret en vis forringelse af deres syn. Som svar, Professor Michael Delp-dekan for College of Human Sciences ved Florida State University (FSU) og medforfatter på papiret-og hans kolleger anbefaler, at kunstig tyngdekraft indarbejdes i fremtidige missioner.

Årevis, og med støtte fra NASA, Delps har undersøgt mikrovirkningens påvirkning af astronautens syn. Som han sagde i en nylig FSU -pressemeddelelse:

"Problemet er jo længere astronauterne er i rummet, jo mere sandsynligt er det, at de oplever synshandicap. Nogle astronauter vil komme sig efter synsændringer, men nogle gør ikke. Så dette er en høj prioritet for NASA og rumorganisationer verden over. Med denne anvendelse af kunstig tyngdekraft, vi fandt ud af, at det ikke helt forhindrede ændringer i øjet, men vi så ikke de værste resultater. "

For at afgøre, om kunstig tyngdekraft ville reducere disse virkninger, Delp gik sammen med forskere fra Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) i et første samarbejde nogensinde. De fik selskab af professor Xiao Wen Mao (undersøgelsens hovedforfatter) fra Linda Loma University, samt medlemmer fra University of Arkansas for Medical Sciences, Arkansas Children's Research Institute, og universitetet i Tsukuba.

Stanford Torus cutaway udsigt. Torusens rotation giver jordens normale tyngdekraft på indersiden. Kredit:Rick Guidice/NASA

Teamet undersøgte derefter ændringer i musens okulære væv, efter at de havde brugt 35 dage ombord på ISS. Testpersonerne bestod af 12 ni uger gamle hanmus, der blev fløjet fra Kennedy Space Center og blev indkvarteret i musen Habitat Cage Unit (HCU) i JAXA "Kibo" -laboratoriet på ISS. I løbet af deres ophold, musene blev opdelt i to grupper.

Mens en gruppe levede under omgivende mikrogravitationsforhold, den anden boede i en centrifugal habitat -enhed, der producerede 1 g kunstig tyngdekraft (ækvivalent med Jordens tyngdekraft). Fra dette, forskergruppen fandt ud af, at den tidligere gruppe led skade på de blodkar, der er vigtige for reguleringen af ​​væsketryk i øjnene.

"Når vi er på jorden, tyngdekraften trækker væske ned mod vores fødder, "sagde Phelps." Når du mister tyngdekraften, væsken skifter mod hovedet. Dette væskeskift påvirker det vaskulære system i hele kroppen, og nu ved vi, at det også påvirker blodkarrene i øjet. "

Ud over, teamet bemærkede, at proteinekspressionsprofiler også var ændret i musens øjne som følge af mikrogravitation. Til sammenligning, musene, der tilbragte deres tid i centrifugen, oplevede ikke nær så meget skade på deres okulære væv. Disse resultater indikerer, at kunstig tyngdekraft, sandsynligvis i form af roterende sektioner eller centrifuger, vil være en nødvendig komponent til rumopgaver med lang varighed.

Et globalt billede af Nautilus-X multi-mission rumforskningskøretøj designet af NASA. Kredit:Mark L Holderman - NASA Technology Applications Assessment Team

Som begreber går, brugen af ​​kunstig tyngdekraft i rummet er ikke noget nyt. Udover at være et veludforsket koncept inden for science fiction, rumorganisationer har set på det som en mulig måde at etablere en permanent menneskelig tilstedeværelse i rummet. Et lysende eksempel på dette er Stanford Torus Space Settlement, et hoveddesign, der blev overvejet af NASA Summer Study fra 1975.

Som en samarbejdsindsats mellem NASAs Ames Research Center og Stanford University, dette ti ugers program bestod af professorer, tekniske direktører og studerende går sammen om at konstruere en vision om, hvordan mennesker en dag kan leve i en stor rumkoloni. Resultatet af dette var et koncept for en hjullignende rumstation, der ville rotere for at give fornemmelsen af ​​enten jord-normal eller delvis tyngdekraft.

Ud over, roterende torus 'er blevet overvejet for rumfartøjer for at sikre, at astronauter på langvarige missioner kunne begrænse deres tid i mikrogravitation. Et godt eksempel på dette er den ikke-atmosfæriske universelle transport beregnet til langvarig efterforskning i USA (Nautilus-X), et rumfartøjskoncept med flere missioner, der blev udviklet i 2011 af ingeniører Mark Holderman og Edward Henderson fra NASA's Technology Applications Assessment Team.

Som med tidligere undersøgelser, denne undersøgelse fremhæver vigtigheden af ​​at opretholde astronautens sundhed under langsigtede missioner i rummet, samt lange rejser. Imidlertid, denne undersøgelse kendetegnes ved, at den er den første i en serie, der er designet til bedre at forstå synsnedsættelse blandt astronauter.

"Vi håber, at fortsat stærkt videnskabeligt samarbejde vil hjælpe os med at akkumulere de eksperimentelle resultater, der er nødvendige for at forberede fremtidig bemandet udforskning af dybe rum, "sagde Dai Shiba, en seniorforsker for JAXA og en medforfatter på papiret. Mao, hovedforfatteren på undersøgelsen, angav også, at hun er håbefuld om, at denne forskning vil gå ud over rumforskning og have anvendelser her på Jorden:

"Vi håber, at vores fund ikke kun karakteriserer rumfartsmiljøets indvirkning på øjnene, men vil bidrage til nye helbredelser eller behandlinger af rumflyvningsinducerede synsproblemer samt flere jordbundne lidelser, såsom aldersrelateret makuladegeneration og retinopati. "

Der er ingen tvivl om, at når det kommer til fremtiden for rumforskning, der er mange udfordringer foran os. Ikke alene har vi brug for at udvikle rumfartøjer, der kan kombinere brændstofeffektivitet og kraft, vi er nødt til at reducere omkostningerne ved individuelle lanceringer og finde på måder at afbøde sundhedsrisici ved langsigtede missioner. Ud over virkningerne af mikrogravitation, der er også spørgsmålet om langvarig udsættelse for sol og kosmisk stråling.

Og lad os ikke glemme, at missioner til månens overflade og Mars bliver nødt til at kæmpe med langvarig eksponering for lavere tyngdekraft, især når det drejer sig om forposter. Som sådan, det ville ikke være langt ude at forestille sig, at tori og centrifuger kunne blive en fast del af rumforskning i den nærmeste fremtid.


Varme artikler