Ang Galactic Radiation Ay Maaaring Maging Sanhi Ng Pagkabulok Ng Utak

Talaan ng mga Nilalaman:

Video: Ang Galactic Radiation Ay Maaaring Maging Sanhi Ng Pagkabulok Ng Utak

Video: Ang Galactic Radiation Ay Maaaring Maging Sanhi Ng Pagkabulok Ng Utak
Video: Impact of Deep Space Radiation on Cognitive Performance 2024, Marso
Ang Galactic Radiation Ay Maaaring Maging Sanhi Ng Pagkabulok Ng Utak
Ang Galactic Radiation Ay Maaaring Maging Sanhi Ng Pagkabulok Ng Utak
Anonim
Ang Galactic radiation ay maaaring maging sanhi ng pagkabulok ng utak
Ang Galactic radiation ay maaaring maging sanhi ng pagkabulok ng utak

Inihayag ng isang pangkat ng mga mananaliksik mula sa University of Rochester Medical Center (URMC) sa New York ang mga resulta ng kanilang pagsasaliksik. Ang mga pangmatagalang astronaut sa kalawakan, halimbawa, sa panahon ng paglipad patungong Mars, ay maaaring humantong sa mga problema sa kalusugan dahil sa galactic radiation. Sa partikular, sa pagkabulok ng utak, at posibleng maging ang pagsisimula ng sakit na Alzheimer

Larawan
Larawan

Mas maaga, noong 2012, ang mga katulad na konklusyon ay iniulat ng mga siyentipikong Ruso. Tulad ng isinulat ni Natalia Teryaeva sa pahayagan na Ploshchad Mira, kung lumipad ka sa isang ekspedisyon ng Martian sa isang modernong spacecraft, tatagal ng 500 araw ang paglipad. Sa panahong ito ng misyon sa kalawakan, ang kalusugan ng mga astronaut ay maaaring hindi mawala.

Pinatunayan ito ng mga resulta ng pag-aaral ng mga Russian radiobiologist at physiologist, na tinalakay sa Joint Institute for Nuclear Research (JINR) sa isang pagbisita na pulong ng Bureau of the Department of Physiology and Fundamental Medicine ng Russian Academy of Science.

Nakita ng mga siyentista ang pinakadakilang panganib sa galactic radiation: maaari nitong mapagkaitan ang isang tao ng paningin at pangangatuwiran, kung wala ito ay hindi posible na maabot ang target o umuwi.

Ang mga pahayag ng mga mananaliksik tungkol sa panganib ng mabibigat na mga ions para sa organismo ng mga astronaut ay hindi haka-haka, nakabatay sa data ng mga eksperimento ng accelerator sa mga hayop na isinagawa sa Laboratory of Radiation Biology ng Joint Institute for Nuclear Research (LRB JINR) sa pakikipagtulungan sa Institute of Biomedical Problems ng Russian Academy of Science (IMPB RAS), the Institute of Biochemistry RAS (IBCh RAS) at sa pakikipagtulungan ng mga biologist mula sa American National Space Agency (NASA).

Ang mga mabibigat na ions ay nakakatakot kaysa sa mga proton

Sa malalim na kalawakan - lampas sa magnetic field ng Daigdig - mapanganib na cosmic radiation na nagmumula sa kailaliman ng kalawakan na naghihintay para sa tao.

"Ang galactic cosmic rays ay mga agos ng mga elementong maliit na butil - magaan at mabibigat na mga ions," paliwanag ni Mikhail Panasyuk, direktor ng Skobeltsyn Research Institute of Nuclear Physics (SINP MSU). Hubad "nuclei. Ang dahilan dito ay ang pakikipag-ugnay sa bagay sa proseso ng kanilang paglipat sa Uniberso. Ang pinaka-karaniwang elemento ng cosmic rays ay hydrogen, ang mga ions ay proton. Ang mga maliit na butil na ito ay pinabilis sa mga shock wave - mga labi ng pagsabog ng supernova. Ang nasabing mga bituin ay hindi sumabog sa aming Galaxy. mas madalas sa isang beses sa 30 -50 taon.

Ang pagkilos ng bagay ng mga galactic cosmic ray particle ay pare-pareho, taliwas sa mga solar cosmic ray, na nabuo sa Araw o sa interplanetary medium sa panahon ng solar flares. Dahil dito, ang kabuuang kontribusyon ng mga solar cosmic ray sa loob ng mahabang panahon ay hindi gaanong mahalaga. Ngunit sa panahon ng solar flares (sa loob ng maraming oras, araw), ang pagkilos ng mga solar cosmic ray ay maaaring lumampas sa pagkilos ng mga galactic cosmic ray. Bilang karagdagan, ang enerhiya ng mga particle ng solar cosmic rays, bilang isang panuntunan, ay mas mababa sa mga maliit na butil ng galactic cosmic ray. Mayroon ding mga extragalactic cosmic ray na pumapasok sa aming Galaxy mula sa iba pang mga kalawakan. Ang kanilang lakas ay mas malaki kaysa sa galactic cosmic ray, ngunit ang mga pagkilos ng bagay ay mas mababa. Ang mga cosmic ray ay may malaking saklaw ng enerhiya: mula 106 (1 MeV) hanggang 1021 eV (1 ZeV).

Ang mga spektrometro ng lakas na enerhiya na naka-install sa mga satellite sa pagsasaliksik sa kalawakan ay naitala ang komposisyon ng mga cosmic ray. Ito ay naka-out na isang maliit na mas mababa sa isang porsyento ng lahat ng mga maliit na butil ng galactic radiation ay mabibigat na mga ions na may lakas na 300 - 500 MeV / nucleon - ang nuclei ng mga mabibigat na elemento ng kemikal. Ang maliit na bahagi ng ilaw at mabibigat na mga ions ng galactic radiation ay naglalaman ng karamihan sa mga ion ng carbon, oxygen at iron - ng mga matatag na elemento na ito, nabuo ang mga stellar core bilang isang resulta ng ebolusyon ng mga bituin.

Ang mga resulta ng mga sukat ng mga satellite space ay nagsilbing batayan para sa karagdagang mga kalkulasyon ng modelo, na ipinapakita na sa labas ng magnetosfirst ng Earth, humigit-kumulang na 105 mabibigat na ions na bumagsak bawat square centimeter ng lugar bawat taon, at halos 160 na mga particle na may singil na Z na mas malaki sa 20 fall per araw. araw-araw tulad ng bilang ng mga ito ay mahuhulog bawat square centimeter ng ibabaw ng katawan ng cosmonaut.

Ang mga malalakas na ion na puwang ay masigla kaya't "tinusok" nila ang balat ng isang modernong spacecraft sa kalawakan, tulad ng mga kanyonball na bumobomba ng pinong sutla. Natuklasan ng mga siyentista ng Laboratory of Radiation Biology sa JINR kung paano ito makakasama sa kalusugan ng mga messenger ng Earth sa isang mahabang paglalakbay.

Sa Mars - sa pamamagitan ng pagpindot?

"Naintindihan naming maunawaan kung bakit ang parehong dosis ng iba't ibang radiation (mabigat na pagkilos ng bagay na ion, neutron, gamma radiation) ay nagdudulot ng iba't ibang mga epekto sa mga nabubuhay na selula," sabi ng Direktor ng JINR LRB Kaukulang Kagawad ng Russian Academy of Science na si Evgeny Krasavin. Iba't ibang mga radiasyon ay nauugnay kapwa sa mga pisikal na katangian ng radiation at sa mga likas na katangian ng buhay na cell mismo - ang kakayahang ayusin ang pinsala ng DNA pagkatapos ng pag-iilaw. Sa mga eksperimento sa mga mabibigat na ion accelerator, nalaman namin na ang pinakamalubhang pinsala sa DNA ay nangyayari sa ilalim ng impluwensya ng mabibigat na mga ions. ray (isang sinag ng mga photon) at isang sinag ng mabibigat na mga ions ay maaaring maiisip na tulad nito: ang pagbaril ng isang maliit na shot mula sa isang baril patungo sa isang pader ay pinsala mula sa X-ray, upang kunan ang isang cannonball sa parehong pader ay pagkasira mula sa isang mabibigat na ion.mawalan ng mas malaki ang kanilang enerhiya bawat yunit higit pa sa kanilang magaan na pinsan. Iyon ang dahilan kung bakit, pagdaan sa cell, isang mabigat na ion na paparating na ay gumagawa ng malaking pagkasira. Kapag ang isang mabibigat na maliit na butil ay dumaan sa cell nucleus, nabuo ang mga sugat na "cluster-type" na may maraming mga putol ng mga bono ng kemikal sa fragment ng DNA. Ang mga ito ay sanhi ng iba't ibang uri ng matinding pagkasira ng chromosomal sa cell nuclei."

Dagdag dito, ang lohika ng pangangatuwiran ng mga siyentista ay ang mga sumusunod. Ang mga hydrogen ions (proton) na may lakas na 200 - 300 MeV / nucleon ay may oras upang magpatakbo ng isang 11 cm na landas sa tubig bago kumpletuhin ang pagbawas ng katawan. Ang katawan ng tao ay 90% na tubig. Ang extrapolating na resulta sa isang buhay na katawan ng tao, nakukuha natin ang konklusyon: kahit na ang mga light ion na papunta sa kanila ay maaaring makapinsala sa libu-libong mga cell sa ating katawan. Sa kaso ng mabibigat na mga ions na may singil na higit sa 20, dapat na asahan ang isang mas malungkot na resulta para sa kalusugan.

Anong mga organo ng tao ang maaaring mapinsala ng mga mabibigat na ions na galactic na pinaka-matindi at nagbabanta sa buhay?

- Kung iniisip mo ang tungkol sa aktibong paglaganap - mabilis na pag-renew - mga tisyu ng katawan, tulad ng dugo o balat, kung gayon ang kanilang pinsala dahil sa natural na mga pag-aari ay mabilis na mababawi, - paliwanag ng director ng LRB JINR Yevgeny Krasavin. - Ngunit sa mga static na tisyu - ang gitnang sistema ng nerbiyos, mga mata, na walang likas na kakayahang mabilis na ayusin ang pinsala, ang patuloy na pagdaloy ng mabibigat na mga ions ay magkakaroon ng isang layering na mapanganib na epekto, na nagiging sanhi ng regular na pagkamatay ng cell. Ngunit ang gitnang sistema ng nerbiyos at ang mata ang siyang kumokontrol na "chips" ng ating katawan.

Sa mga eksperimento sa mga hayop sa Dubna, isang pangkat ng mga radiobiologist na pinangunahan ng Academician ng Russian Academy of Science na si Mikhail Ostrovsky ang nag-aral ng mga mekanismo ng epekto ng mabibigat na mga ions sa mga istraktura ng mata - ang lens, retina, at cornea. Sa mga accelerator ng JINR, ang mga daga at solusyon ng mga crystallin (protina) ng kanilang lens ay na-irradiate ng 100-200 MeV proton beams.

"Ang lens ng mata ng tao at vertebrates ay 90% na binubuo ng alpha-, beta- at gamma-crystallins," sinabi ng Academician Ostrovsky sa kanyang talumpati sa isang pagbisita na pulong ng Bureau of the Department of Physical Matematika at Mekanika ng Russian Academy ng Science. istraktura at bigat ng molekula. Ang pagkakalantad sa ultraviolet radiation o radiation ay maaaring maging sanhi ng pagsasama-sama ng mga crystallins - ang hitsura ng mga opaque fibre sa lens. Bilang isang resulta ng pagsasama-sama, nabuo ang malalaking mga conglomerate na nagkakalat ng ilaw, na humantong sa pag-clouding ng lens, iyon ay, sa pagbuo ng mga cataract. Ang paglalagay sa pamamagitan ng lens ng mata, kahit na solong mabibigat na mga ions pagkatapos ng ilang sandali, maaari nilang maging sanhi ito upang maging maulap.

Bumalik sa Daigdig bilang isang Homo sapiens

Pinaka kaunti sa lahat ng mga radiobiologist ang nag-aral ng nakakapinsalang epekto ng mabibigat na mga ions sa gitnang sistema ng nerbiyos. Ayon sa mga dalubhasa sa NASA, sa panahon ng misyon ng Mars mula 2 hanggang 13 porsyento ng mga nerve cell ay tatawid ng hindi bababa sa isang iron ion. At ang isang proton ay lilipad sa pamamagitan ng nucleus ng bawat cell ng katawan tuwing tatlong araw. Samakatuwid, mayroong isang seryosong panganib ng hindi maibabalik na mga paglabag sa mga reaksyong pang-asal ng mga tauhan ng barko. Pinapahamak nito ang pangkalahatang misyon. Ang utak ay isang napakahusay na instrumento, at ang pagkagambala ng maliliit na bahagi nito ay maaaring humantong sa pagkawala ng paggana ng buong organismo, tulad ng kaso sa mga taong nagkaroon ng stroke o sa mga nagdurusa sa sakit na Alzheimer.

Sa NASA Space Radiation Laboratory sa Brookhaven, na gumagamit ng isang sinag ng mga iron ions na binilisan sa lakas na 1 GeV / nucleon, ang galactic radiation ay na-simulate sa mabibigat na ion pre-accelerator ng RHIC collider sa Brookhaven National Laboratory. Ang eksperimento sa daga ay tinawag na isang "nagbibigay-malay na pagsubok". Ang isang maliit na solidong lugar ay inilagay sa isang pabilog na pool sa ilalim ng isang manipis na layer ng opaque na tubig. Ang mga daga ng laboratoryo - unang malusog at pagkatapos ay nag-irradiate ng mga beam ng iron ions - ay inilunsad sa pool na ito at binantayan kung gaano kabilis ang mga hayop ay mahahanap ang lugar na ito at umakyat dito. Mabilis na natagpuan ng malulusog na daga ang site at lumakad patungo dito sa pinakamaikling landas. Ang pag-iilaw na may mabibigat na mga ions ay dramatikong binago ang nagbibigay-malay na pag-andar (kakayahan sa pagkatuto) ng mga hayop. Isang buwan pagkatapos ng pag-iilaw, ang pag-uugali ng daga ay nagbago nang malaki. Umiwas siya, inikot ang pool ng mahabang panahon, hanggang sa halos hindi niya sinasadyang madama ang solidong lupa sa ilalim ng kanyang mga paa. Ang mga kakayahan sa pag-iisip ng hayop ay malubhang pinahina. Kapag ang mga daga ay na-irradiate ng X-ray at gamma radiation, walang ganitong epekto ang napansin.

Upang mailarawan ang mga posibleng kahihinatnan ng pag-iilaw ng katawan ng tao na may mabibigat na mga ions, kinakailangang "i-play" ang modelo ng cosmic hazard sa mga primata, sinabi ng mga mananaliksik. Gayunpaman, ang pinsala mula sa mga epekto ng galactic radiation mula sa mabibigat na mga ions na isiniwalat sa mga rodent ay sapat na nakakumbinsi na huwag isipin ito kapag nagpaplano na magpadala ng mga tao sa isang mahabang paglipad sa Mars.

Paano maiiwasan ang gulo

Mula sa alam ng mga physicist at biologist ngayon, sumusunod na ang peligro ng pinsala sa radiation sa mga astronaut ay hindi maaaring bawasan sa zero sa higit sa isang taong paglalakbay patungong Mars. Ang mga pamamaraan upang mabawasan ang peligro na ito ay umiiral sa anyo ng mga ideya.

Unang ideya: upang magplano ng isang flight sa Mars sa panahon ng maximum solar cycle. Sa oras na ito, ang pagkilos ng galactic cosmic rays ay magiging mas mababa dahil sa ang katunayan na ang interplanetary magnetikong patlang ng solar system ay yumuko ang mga pinagdadaanan ng galactic cosmic ray, na hinahangad na mabawasan ang tindi ng kanilang mga maliit na butil at "pagwawalis" ng mga maliit na butil na may mga enerhiya mas mababa sa 400 MeV / nucleon mula sa solar system.

Ang pangalawang ideya: upang mabawasan nang malaki ang mga dosis ng radiation mula sa galactic radiation sa pamamagitan ng maaasahang proteksyon ng barko at upang magbigay ng isang espesyal na kompartimento-kanlungan sa istraktura ng barko na may mas malakas na proteksyon mula sa malakas na mga agos ng hindi mahuhulaan na solar wind. Ang mga bagong uri ng materyales na pang-proteksiyon ay nabubuo na na magiging mas epektibo kaysa sa kasalukuyang ginagamit na aluminyo, halimbawa, mga plastik na naglalaman ng hydrogen tulad ng polyethylene. Sa kanilang tulong, posible na lumikha ng isang proteksyon na may kakayahang bawasan ang dosis ng radiation ng 30 - 35% sa kapal na 7 cm. Totoo, hindi ito sapat, naniniwala ang mga siyentista, ang kapal ng proteksiyon layer ay dapat na tumaas. At kung hindi ito gumana, makabuluhang bawasan ang tagal ng flight - sabihin, hindi bababa sa 100 araw. Ang isang daang araw ay isang pigura sa ngayon lamang intuitively nabigyang-katwiran. Ngunit sa anumang kaso, kailangan mong lumipad nang mas mabilis.

Ang pangatlong ideya: upang maibigay ang mga piloto ng Martian spacecraft na may mabisang gamot laban sa radiation na maaaring makabuluhang palakasin ang mga bono sa pagitan ng mga protina ng DNA, na binabawasan ang kanilang kahinaan sa mabibigat na bombardment ng ion.

Ang pang-apat na ideya ay upang lumikha ng isang artipisyal na magnetic field sa paligid ng spacecraft, katulad ng magnetic field ng mundo. Mayroong isang proyekto ng isang superconducting toroidal magnet, sa loob at labas ng kung saan ang patlang ay lumalapit sa zero, upang hindi makapinsala sa kalusugan ng mga astronaut. Ang makapangyarihang larangan ng naturang magnet ay dapat na ilipat ang isang malaking proporsyon ng mga cosmic proton at nuclei mula sa spacecraft, at bawasan ang dosis ng radiation ng 3 - 4 na beses sa paglalakbay sa Mars. Ang prototype ng naturang magnet ay nalikha na at gagamitin sa isang eksperimento upang pag-aralan ang mga cosmic ray sa board ng International Space Station.

Gayunpaman, hanggang sa ang mga ideya ng pagprotekta sa Martian crew ay hindi natagpuan ang kanilang sagisag, mayroon lamang isang paraan palabas, sabi ng mga radiobiologist: upang magsagawa ng detalyadong mga radiobiological na pag-aaral sa mga pang-terrestrial na kondisyon sa mga mabibigat na ion accelerator, na sa mga kondisyong pang-terrestrial ay papayagan ang simulate ng nakakasamang epekto ng mataas na enerhiya mabibigat na nuclei na nagmumula sa kailaliman ng kalawakan. Kabilang sa mga natatanging accelerator ay ang Nuclotron ng JINR High Energy Physics Laboratory at ang NICA collider complex na nilikha batay dito. Ang mga siyentipiko ay naka-pin ng malaking pag-asa sa mga kakayahan ng mga pag-install na ito.

At kung nagmamadali kaming lumipad patungong Mars, kung gayon oras na upang magtayo ng mas mabilis na sasakyang pangalangaang, o iwanan ang mga pangarap ng mga manned flight sa malalim na espasyo sa ngayon. Hayaan ang mga robot na maglakbay para sa ngayon.

Inirerekumendang: