Vi har föreställt oss att skicka människor till Mars sedan långt innan Gagarins första rymdflygning. Wernher von Braun, huvudarkitekt för Saturn V-bärraket som levererade Neil Armstrong och Buzz Aldrin till månen, föreställde sig 1965 som det datum då de första människorna kunde komma fram till Mars. Sedan dess har mer än tusen olika tekniska studier genomförts, de flesta av dem antar att Mars ligger lite mer än 20 år i framtiden.
Men det är där Mars har stannat: alltid i vår framtid.
Rymden är inte en enda destination. Jordens omlopp, månen och Mars involverar mycket olika resor och utmaningar. Eftersom farorna var mer omedelbara och dramatiska för tidigare uppdrag – katastrofala explosioner som ingen kunde hoppas att överleva – var människokroppens förmåga att anpassa sig till extrema terrestriska miljöer i stort sett irrelevant.
Mars ger dock en utmaning av annan skala och karaktär: Det är mer ett maraton än en sprint. Här får frånvaron av gravitationsbelastning en ny dimension och förvandlas från en nyhet till ett krypande hot, eftersom livet på jorden har utvecklats under de senaste tre och en halv miljard åren i ett oföränderligt gravitationsfält. I det sammanhanget borde det inte vara en överraskning att så mycket av vår fysiologi verkar definieras av – eller beroende av – gravitation.
Ta bort tyngdkraften och våra kroppar blir faktiskt främlingar för oss .
Detta är din kropp. Detta är din kropp på Mars
I våra dagliga liv är tyngdkraften den fotgängares fysiska kraft som håller oss limmade på marken. Du måste gå ut ur din väg – klättra upp på en klippa eller hoppa ut ur ett plan – innan det börjar kräva din uppmärksamhet.
Men vi känner ständigt effekterna av tyngdkraften och arbetar mot dem, till stor del omedvetet.
#### Kevin Fong
##### Om
(https://twitter.com/Kevin_Fong) är läkare i medicin som också har examen inom astrofysik och teknik. Han är hederslektor i fysiologi vid University College London samt grundare och meddirektör för dess Center for Altitude, Space och Extreme miljömedicin. Fong arbetade med NASA: s Human Adaptation and Countermeasures Office vid Johnson Space Center i Houston och Medical Operations Group vid Kennedy Space Center i Cape Canaveral.
Utan quadriceps, skinkor, kalvar och erector spinae som omger ryggraden och håller den hög, tyngdkraften skulle kollapsa människokroppen i en fosterboll och låta den böjas nära golvet. Dessa muskelgrupper är skulpterade av tyngdkraften, i ett tillstånd av konstant träning, ständigt laddade och lossade när vi går om vårt dagliga liv. Därför är massan av kött som utgör huvuddelen av våra lår och arbetar för att förlänga och räta ut knäet den snabbaste gruppen i kroppen.
I experiment som kartlägger förändringarna i quadriceps hos råttor som flög i rymden förlorades mer än en tredjedel av den totala muskelmassan inom nio dagar.
Våra ben är också formade av tyngdkraften. Vi tenderar att tänka på vårt skelett som ganska inert – lite mer än en byggnadsställning där man kan hänga köttet eller ett system av biologisk rustning. Men på mikroskopisk nivå, den är mycket mer dynamisk: ständigt förändrar dess struktur för att möta de gravitationskrafter den upplever och väver sig själv en arkitektur som bäst skyddar benet från påfrestning. Berövad gravitationell belastning blir ben rov för ett slags rymdflyginducerad osteoporos. Och eftersom 99 procent av kroppens kalcium lagras i skelettet, när det slösas bort, hittar kalcium sin väg i till blodomloppet, vilket orsakar ännu fler problem från förstoppning till njursten till psykotisk depression.
Läkarstudenter kommer ihåg listan som: ”ben, stenar, bukstön och psykiska stön”.
De biologiska anpassningarna till gravitationen stannar inte där. När vi står upp måste vårt hjärta, i sig en muskelpump, arbeta mot gravitationen och skjuta blod vertikalt i halspulsådern som leder bort från vårt hjärta mot vår hjärna. När hjärtat och dess fartygssystem berövas behovet av att arbeta mot tyngdkraften, blir de konditionerade – de tar långsamt idrottare och förvandlar dem till soffpotatis.
Systemet med accelerometrar i vårt inre öra, otoliter och halvcirkelformade kanaler, är konstruerade för att ge de finaste detaljerna om rörelse, dela deras in- och utgångar med ögonen, hjärta, leder och muskler. Dessa organ anses inte vara ”vitala” i den meningen att de inte krävs för att hålla människokroppen vid liv.Som ett resultat förbises ofta den viktiga roll de spelar för att leverera en finkalibrerad känsla av rörelse.
Som alla de bästa sakerna i livet uppskattar du inte riktigt vad du har förrän du förlora det. Föreställ dig en försiktigt oscillerande, illamående framkallande scen från vilken det inte finns någon flykt. Det är hur det känns när organen i innerörat fungerar felaktigt. Och det kan orsakas av sjukdomar, droger, gifter och – som det visar sig – frånvaron av gravitation.
Försvagningarna stannar inte där. Det finns andra, mindre väl förstådda förändringar. Antalet röda blodkroppar faller och inducerar ett slags rymdanemi. Immunitet lider, sårläkning saktar ner och sömnen störs kroniskt.
> Berövad behovet av att arbeta mot tyngdkraften blir kroppen dekonditionerade – ta idrottare och förvandla dem till soffpotatis.
* * *
Det finns ett antal formidabla problem som åtföljer uppdrag under långa vistelser. Den första är livsstöd. Hur uppfinner vi ett system som kan hålla en besättning på fyra levande i nästan tre år?
För rymdstationer kräver syre som andas elektrolys en stadig vattenförsörjning. Men det finns inget enkelt sätt att förse ett team som reser till Mars, och därför har ett antal geniala lösningar på detta problem föreslagits.
Den ena handlar om att utveckla ditt eget tillvägagångssätt för livsstöd och näring. Det visar sig att om du odlar 10 000 veteplanter kan du generera mer än tillräckligt med syre för att andas medan du tar bort den mänskliga avgasen av koldioxid. Ännu bättre, du har en partiell näringskälla. För ett tag hade rymdcentret ett team av fyra volontärer som var låsta i ett hermetiskt tillslutet rör och levde ganska oberoende av detta självregenererande, hydroponiskt odlade livsuppehållande system.
Och det är allt bra – tills du tar hänsyn till risken för att grödan misslyckas.
En annan lösning som diskuterades vid ett europeiskt rymdorganisationssymposium för mänsklig rymdutforskning skulle vara att odla alger (som kan vara lättare att upprätthålla än vete och ger också en proteinkälla). Mellan detta och veteplanterna kan du komma halvvägs till en diet av pizzaliknande mat – bröd belagda med smaksatta alger – och massivt minska vikten och volymen på livsmedels- och livsuppehållande apparater som krävs för ett Mars-uppdrag. En franskman som specialiserat sig på området för regenerativ livsstöd berättade för mig hur detta skulle kunna fungera och gick så långt som att förklara återvinning av urin och användningen av avföring som källa till befruktning.
”Ser du,” ropade han ovanför baren, ”dessa människor som åk till Mars, de kommer bokstavligen att äta sin egen skit. ”
Om det inte redan har gjort dig avskuren från resan, överväga strålningsrisker. Så vitt någon kan säga bör bakgrundsstrålningen vi skulle utsättas för när vi reser mellan jorden och Mars ligga inom säkra gränser … såvida det inte finns en solfackla. En solflare är som en neutronbom som går bredvid dig. Energetiska partiklar – laddade heliumkärnor, neutroner, protoner och liknande – skulle passera genom vår kropp och orsaka kaos och oåterkalleligt skada celler. (Bly och annan tungmetallbeläggning skulle inte hjälpa när det gäller mycket energiska tunga partiklar.)
Även om vi räknar ut ett sätt att förhandla om strålningen och bygga ett livstödssystem som åtminstone är delvis regenerativ, fortsätter vi att komma tillbaka till det mest elementära problemet: att tvingas kämpa med frånvaron av tyngdkraft.
I vårt dagliga liv upprätthålls vår fysiologi genom endast intermittent exponering för gravitationsbelastning – att stå upp och stampar runt gör vi under dagen. När forskare vill härma effekterna av mikrogravitation här på jorden skickar de helt enkelt en massa människor till sängs.
Från denna insikt växte tanken att vi skulle kunna förskriva gravitation som en läkemedel, vilket ger det i korta men stora doser. NASA gick ut och byggde den. Tidiga resultat från NASA: s Artificial Gravity Pilot Project föreslog att hjärtat och musklerna skulle kunna skyddas på detta sätt. Det skulle vara förvånande om ben inte gynnade också. Men det inre örat och dess accelerometriorgan är en annan historia.
Tyvärr verkar det inte som om vi kommer att få reda på svaren när som helst snart. År 2009, precis som projektet för konstgjord tyngdkraft var redo att gå in i en mer omfattande undersökningsfas, slet en rad budgetnedskärningar genom NASA. Strategin som skulle ha sett en centrifug med kort arm undersöktes grundligt på marken och sedan gjorde sig redo för flygning ombord på rymdstationen konserverades.