Wyobrażaliśmy sobie wysyłanie ludzi na Marsa na długo przed pierwszym lotem kosmicznym Gagarina. Wernher von Braun, główny architekt wyrzutni Saturn V, która dostarczyła na Księżyc Neila Armstronga i Buzza Aldrina, przewidział rok 1965 jako datę, w której pierwsi ludzie mogą przybyć na Marsa. Od tego czasu przeprowadzono ponad tysiąc różnych badań technicznych, z których większość zakładała, że Mars leży niewiele więcej niż 20 lat w przyszłości.
Ale właśnie tam pozostał Mars: zawsze w naszym przyszłość.
Kosmos nie jest pojedynczym celem. Orbita Ziemi, Księżyc i Mars to bardzo różne podróże i wyzwania. Ponieważ niebezpieczeństwa były bardziej bezpośrednie i dramatyczne w przypadku wcześniejszych misji – katastrofalnych eksplozji, na przetrwanie których nikt nie mógł liczyć – zdolność ludzkiego ciała do przystosowania się do ekstremalnych warunków ziemskich była w dużej mierze nieistotna.
Mars to jednak wyzwanie o innej skali i charakterze: to raczej maraton niż sprint. Tutaj brak obciążenia grawitacyjnego nabiera nowego wymiaru, przekształcając się z nowości w pełzające zagrożenie, ponieważ życie na Ziemi ewoluowało w ciągu ostatnich trzech i pół miliarda lat w niezmiennym polu grawitacyjnym. W tym kontekście nie powinno być zaskoczeniem, że tak duża część naszej fizjologii wydaje się być definiowana przez grawitację lub od niej zależna.
Odsuń grawitację, a nasze ciała staną się dla nas praktycznie obce .
To jest Twoje ciało. To jest twoje ciało na Marsie
W naszym codziennym życiu grawitacja to siła fizyczna pieszych, która trzyma nas przyklejonych do ziemi. Musisz zejść z drogi – wspiąć się na klif lub wyskoczyć z samolotu – zanim zacznie on wymagać Twojej uwagi.
Ale my nieustannie wyczuwamy skutki grawitacji i pracujemy przeciwko nim, w dużej mierze nieświadomie.
#### Kevin Fong
##### Informacje
(https://twitter.com/Kevin_Fong) jest doktorem medycyny, który posiada również stopnie naukowe z astrofizyki i inżynierii. Jest honorowym starszym wykładowcą fizjologii na University College London oraz założycielem i współdyrektorem Centrum Medycyny Wysokości, Przestrzeni i Środowiska Ekstremalnego. Fong współpracował z biurem NASA ds. Adaptacji i przeciwdziałania działaniom antykoncepcyjnym w Johnson Space Center w Houston oraz Medical Operations Group w Kennedy Space Center w Cape Canaveral.
Bez mięśnia czworogłowego, pośladków, łydek i prostowników kręgosłupa które otaczają kręgosłup i utrzymują go w pozycji pionowej, siła grawitacji spowodowałaby zwinięcie ludzkiego ciała w kulkę płodu i pozostawienie go zwiniętego blisko podłogi. Te grupy mięśni są rzeźbione siłą grawitacji, w stanie ciągłego wysiłku, nieustannie obciążane i nieobciążane podczas codziennego życia. Dlatego masa ciała, która stanowi większość naszych ud i działa w celu wyprostowania i wyprostowania kolan, jest najszybciej marnującą się grupą w ciele.
W eksperymentach, które opisywały zmiany w mięśniu czworogłowym szczurów latających w kosmosie, ponad jedna trzecia całkowitej masy mięśni została utracona w ciągu dziewięciu dni.
Nasze kości również są kształtowane przez siłę grawitacji. Zwykle myślimy o naszym szkielecie jako całkiem bezwładnym – niewiele więcej niż rusztowaniu, na którym można zawiesić ciało lub system zbroi biologicznej. Ale na poziomie mikroskopowym, jest znacznie bardziej dynamiczny: nieustannie zmienia swoją strukturę, aby walczyć z siłami grawitacji, których doświadcza, tworząc strukturę, która najlepiej chroni kość przed odkształceniami. Pozbawione obciążenia grawitacyjnego kości padają ofiarą pewnego rodzaju osteoporozy wywołanej lotami kosmicznymi. A ponieważ 99% wapnia w naszym organizmie jest magazynowane w szkielecie, gdy jest on marnowany, wapń trafia do do krwiobiegu, powodując jeszcze więcej problemów, od zaparć, przez kamienie nerkowe, po depresję psychotyczną.
Studenci medycyny zapamiętują tę listę jako: „kości, kamienie, jęki brzucha i psychiczne jęki”.
Biologiczne przystosowanie do grawitacji nie kończy się na tym. Kiedy wstajemy, nasze serce, samo w sobie pompa mięśniowa, musi przeciwdziałać grawitacji, wpychając krew pionowo do tętnic szyjnych, które prowadzą z serca do mózgu. Pozbawione konieczności pracy wbrew sile grawitacji, serce i jego układ naczyń ulegają dekondycji – powoli przyjmując sportowców i zamieniając ich w kanapowe ziemniaki.
System akcelerometrów w uchu wewnętrznym, otolitach i kanałach półkolistych został zaprojektowany tak, aby zapewniać najdrobniejsze szczegóły ruchu, dzieląc ich wejścia i wyjścia z oczami, serce, stawy i mięśnie. Narządy te nie są uważane za „żywotne” w tym sensie, że nie są potrzebne do utrzymania ludzkiego ciała przy życiu.W rezultacie często pomija się podstawową rolę, jaką odgrywają w dostarczaniu precyzyjnie skalibrowanego poczucia ruchu.
Podobnie jak wszystkie najlepsze rzeczy w życiu, nie doceniasz tego, co masz, dopóki nie zgubić. Wyobraź sobie delikatnie oscylującą, wywołującą nudności scenę, z której nie ma ucieczki. Tak właśnie się czujesz, gdy narządy ucha wewnętrznego nie działają. A to może być spowodowane chorobami, lekami, truciznami i – jak się okazuje – brakiem grawitacji.
Na tym nie kończą się zaburzenia. Istnieją inne, mniej zrozumiałe zmiany. Liczba czerwonych krwinek spada, wywołując rodzaj anemii kosmicznej. Cierpi odporność, spowalnia gojenie się ran, a sen jest chronicznie zaburzony.
> Pozbawione potrzeby działania wbrew grawitacji, ciało staje się deconditioned – branie sportowców i zmienianie ich w kanapowe ziemniaki.
* * *
Istnieje wiele poważnych problemów, które towarzyszą misjom na dłuższe pobyty. Pierwsza to podtrzymywanie życia. Jak wynaleźć system, który może utrzymać przy życiu czteroosobową załogę przez prawie trzy lata?
W przypadku stacji kosmicznych tlen do oddychania wymaga elektrolizy stałego dopływu wody. Nie ma jednak łatwego sposobu na uzupełnienie zapasów ekipy podróżującej na Marsa, dlatego zaproponowano wiele genialnych rozwiązań tego problemu.
Jedno obejmuje samodzielne podejście do podtrzymywania życia i odżywiania. Okazuje się, że jeśli wyhodujesz 10000 roślin pszenicy, możesz wytworzyć więcej niż wystarczającą ilość tlenu do oddychania, jednocześnie usuwając ludzki gaz odpadowy z dwutlenku węgla. Co więcej, masz częściowe źródło pożywienia. Przez jakiś czas Centrum Kosmiczne miało zespół czterech ochotników zamkniętych w hermetycznie zamkniętej rurze, którzy żyli całkiem niezależnie od tego samoregenerującego się, uprawianego hydroponicznie systemu podtrzymywania życia.
I to wszystko świetnie – dopóki nie weźmiesz pod uwagę możliwości nieurodzaju.
Innym rozwiązaniem, omawianym na sympozjum poświęconym eksploracji kosmosu przez Europejską Agencję Kosmiczną, byłaby hodowla glonów (które mogą być łatwiejsze do utrzymania niż pszenica i zapewniają również źródło białka). Pomiędzy tym, a roślinami pszenicy, można było dostać się w połowie drogi do diety przypominającej pizzę – chleba pokrytego aromatyzowanymi algami – i znacznie zmniejszyć wagę i objętość pożywienia i urządzeń podtrzymujących życie wymaganych do misji na Marsa. Francuz, który specjalizował się w dziedzinie regeneracyjnego wspomagania życia, powiedział mi, jak to może działać, posuwając się nawet do wyjaśnienia recyklingu moczu i wykorzystania kału jako źródła zapłodnienia.
„Widzisz”, krzyczał ponad hałasem baru, „ci ludzie, którzy polecą na Marsa, dosłownie „zjedzą własne gówno”.
Jeśli to jeszcze nie zniechęciło Cię do wyjazdu, rozważ zagrożenia radiacyjne. O ile ktokolwiek może stwierdzić, promieniowanie tła, na jakie bylibyśmy narażeni podczas podróży między Ziemią a Marsem, powinno mieścić się w bezpiecznych granicach… chyba że nastąpi rozbłysk słoneczny. Rozbłysk słoneczny jest jak wybuchająca obok ciebie bomba neutronowa. Cząsteczki energetyczne – naładowane jądra helu, neutrony, protony i tym podobne – przechodzą przez nasze ciało, siejąc spustoszenie i nieodwracalnie uszkadzając komórki. (Powłoka z ołowiu i innych metali ciężkich nie pomogłaby, jeśli chodzi o wysokoenergetyczne ciężkie cząstki.)
Nawet jeśli wymyślimy sposób negocjowania promieniowania i zbudowania systemu podtrzymywania życia, który jest co najmniej częściowo regenerując się, wracamy do najbardziej elementarnego problemu: konieczności zmagania się z brakiem grawitacji.
W naszym codziennym życiu nasza fizjologia jest utrzymywana tylko przez sporadyczną ekspozycję na obciążenie grawitacyjne – wstawanie i tupiąc w kółko robimy w ciągu dnia. Rzeczywiście, gdy naukowcy chcą naśladować skutki mikrograwitacji na Ziemi, po prostu wysyłają grupę ludzi do łóżek.
Z tego uświadomienia sobie zrodził się pomysł, że możemy przypisać grawitację jak lek, podając go w krótkich, ale dużych dawkach. NASA wyszła i zbudowała go. Wczesne wyniki z projektu pilotażowego sztucznej grawitacji NASA sugerują, że serce i mięśnie mogą być pożytecznie chronione w ten sposób. Byłoby zaskakujące, gdyby kości też nie przyniosły korzyści. Ale ucho wewnętrzne i jego narządy akcelerometrii to inna historia.
Niestety, nie wydaje się, abyśmy mogli znaleźć odpowiedzi w najbliższym czasie. W 2009 roku, kiedy projekt sztucznej grawitacji był gotowy do wejścia w bardziej kompleksową fazę badań, NASA przeszła serię cięć budżetowych. Strategia, zgodnie z którą wirówka z krótkim ramieniem została dokładnie zbadana na ziemi, a następnie przygotowana do lotu na pokładzie stacji kosmicznej, została przyjęta w puszce.