Από τότε που οι αστροναύτες άρχισαν να πηγαίνουν στο διάστημα για μεγάλα χρονικά διαστήματα, είναι γνωστό ότι η μακροχρόνια έκθεση σε μηδενική βαρύτητα ή μικροβαρύτητα συνοδεύεται από το μερίδιό της στις επιπτώσεις στην υγεία. Αυτές περιλαμβάνουν την ατροφία των μυών και την απώλεια της οστικής πυκνότητας, αλλά επίσης επεκτείνονται σε άλλες περιοχές του σώματος που οδηγούν σε μειωμένη λειτουργία των οργάνων, κυκλοφορία, ακόμη και γενετικές αλλαγές.
Για αυτόν τον λόγο, έχουν πραγματοποιηθεί πολλές μελέτες στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS) για να προσδιοριστεί η έκταση αυτών των επιπτώσεων και ποιες στρατηγικές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον μετριασμό τους. Σύμφωνα με μια νέα μελέτη που εμφανίστηκε πρόσφατα στο Διεθνές περιοδικό μοριακών επιστημών, μια ομάδα ερευνητών που χρηματοδοτήθηκαν από τη NASA και την JAXA έδειξαν πώς η τεχνητή βαρύτητα πρέπει να αποτελεί βασικό στοιχείο οποιωνδήποτε μελλοντικών μακροπρόθεσμων σχεδίων στο διάστημα.
Όπως σημειώθηκε, πραγματοποιήθηκε σημαντική έρευνα για τον εντοπισμό και τον ποσοτικό προσδιορισμό των επιπτώσεων που έχει η μικροβαρύτητα στο ανθρώπινο σώμα. Ένα καλό παράδειγμα αυτού είναι η μελέτη διδύμων που διεξήχθη από το ανθρώπινο ερευνητικό πρόγραμμα της NASA (HRP), η οποία ερεύνησε τις επιπτώσεις στο σώμα του αστροναύτη Scott Kelly αφού πέρασε ένα χρόνο στο Διεθνή Διαστημικό Σταθμό - χρησιμοποιώντας τον δίδυμο αδερφό του, Mark Kelly, ως τον έλεγχο .
Αυτές και άλλες μελέτες επιβεβαίωσαν ότι η έκθεση σε μικροβαρύτητα δεν μπορεί να επηρεάσει μόνο την οστική πυκνότητα και τη μυϊκή μάζα, αλλά και τη λειτουργία του ανοσοποιητικού συστήματος, την οξυγόνωση του αίματος, την καρδιαγγειακή υγεία και ακόμη και τις πιθανές γονιδιωματικές και γνωστικές αλλαγές. Επιπλέον, η όραση είναι επίσης κάτι που μπορεί να επηρεαστεί από το χρόνο που αφιερώνεται στο διάστημα, το οποίο είναι το αποτέλεσμα της λιγότερης κυκλοφορίας και του οξυγόνου που φτάνει στον οφθαλμικό ιστό.
Στην πραγματικότητα, περίπου το 30% των αστροναυτών σε βραχυπρόθεσμες πτήσεις διαστημικού λεωφορείου (περίπου δύο εβδομάδες) και το 60% σε αποστολές μεγάλης διάρκειας στο ISS έχουν αναφέρει κάποια εξασθένηση στο όραμά τους. Σε απάντηση, ο καθηγητής Michael Delp - ο Πρύτανης του Κολλεγίου Ανθρωπίνων Επιστημών στο Πανεπιστήμιο της Φλόριντα (FSU) και ένας συν-συγγραφέας στην εφημερίδα - και οι συνάδελφοί του συνιστούν να ενσωματωθεί η τεχνητή βαρύτητα σε μελλοντικές αποστολές.
Για χρόνια και με την υποστήριξη της NASA, η Delps μελετά την επίδραση που έχει η μικροβαρύτητα στην όραση των αστροναυτών. Όπως είπε σε πρόσφατο δελτίο ειδήσεων FSU:
«Το πρόβλημα είναι όσο περισσότερο είναι οι αστροναύτες στο διάστημα, τόσο πιθανότερο είναι να αντιμετωπίσουν προβλήματα όρασης. Μερικοί αστροναύτες θα ανακάμψουν από τις αλλαγές της όρασης, αλλά μερικοί δεν θα. Επομένως, αυτή είναι υψηλή προτεραιότητα για τη NASA και τους διαστημικούς οργανισμούς παγκοσμίως. Με αυτήν την εφαρμογή τεχνητής βαρύτητας, διαπιστώσαμε ότι δεν απέτρεψε εντελώς τις αλλαγές στο μάτι, αλλά δεν είδαμε τα χειρότερα αποτελέσματα. "
Για να προσδιοριστεί εάν η τεχνητή βαρύτητα θα μειώσει αυτά τα αποτελέσματα, η Delp συνεργάστηκε με ερευνητές από την Ιαπωνική Υπηρεσία Εξερεύνησης της Αεροδιαστημικής (JAXA) σε μια πρώτη συνεργασία. Συνοδεύτηκαν από τον καθηγητή Xiao Wen Mao (επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης) από το Πανεπιστήμιο Linda Loma, καθώς και μέλη από το Πανεπιστήμιο του Αρκάνσας για τις Ιατρικές Επιστήμες, το Ινστιτούτο Παιδικής Έρευνας του Αρκάνσας και το Πανεπιστήμιο του Tsukuba.
Στη συνέχεια, η ομάδα εξέτασε αλλαγές στους οφθαλμικούς ιστούς των ποντικών αφού πέρασαν 35 ημέρες στο ISS. Τα υποκείμενα της δοκιμής αποτελούνταν από 12 αρσενικούς ποντικούς ηλικίας εννέα εβδομάδων που πέταξαν από το Διαστημικό Κέντρο Kennedy και στεγάστηκαν στο Habitat Cage Unit (HCU) του ποντικιού στο εργαστήριο JAXA "Kibo" στο ISS. Κατά τη διάρκεια της παραμονής τους, τα ποντίκια χωρίστηκαν σε δύο ομάδες.
Ενώ μια ομάδα ζούσε σε συνθήκες μικροβαρύνης περιβάλλοντος, η άλλη ζούσε σε μια φυγοκεντρική μονάδα οικοτόπων που παρήγαγε 1 σολ τεχνητής βαρύτητας (το ισοδύναμο της βαρύτητας της Γης). Από αυτό, η ερευνητική ομάδα διαπίστωσε ότι η προηγούμενη ομάδα υπέστη βλάβη στα αιμοφόρα αγγεία που είναι σημαντικά για τη ρύθμιση της πίεσης υγρών μέσα στα μάτια.
«Όταν είμαστε στη Γη, η βαρύτητα τραβάει υγρό προς τα κάτω προς τα πόδια μας», δήλωσε ο Phelps. «Όταν χάσετε τη βαρύτητα, το υγρό μετατοπίζεται προς το κεφάλι. Αυτή η μετατόπιση υγρών επηρεάζει το αγγειακό σύστημα σε όλο το σώμα και τώρα γνωρίζουμε ότι επηρεάζει επίσης τα αιμοφόρα αγγεία στο μάτι. "
Επιπλέον, η ομάδα σημείωσε ότι τα προφίλ έκφρασης πρωτεΐνης είχαν επίσης αλλάξει στα μάτια των ποντικών ως αποτέλεσμα της μικροβαρύτητας. Συγκριτικά, τα ποντίκια που πέρασαν το χρόνο τους στη φυγόκεντρο δεν υπέστησαν σχεδόν τόσο βλάβη στους οφθαλμικούς ιστούς τους. Αυτά τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η τεχνητή βαρύτητα, πιθανώς με τη μορφή περιστρεφόμενων τμημάτων ή φυγοκεντρωτών, θα είναι απαραίτητο συστατικό για διαστημικές αποστολές μεγάλης διάρκειας.
Καθώς πηγαίνουν οι έννοιες, η χρήση τεχνητής βαρύτητας στο διάστημα δεν είναι κάτι νέο. Εκτός από το ότι είναι μια καλά διερευνημένη ιδέα στην επιστημονική φαντασία, οι διαστημικές υπηρεσίες έχουν μελετήσει ως έναν πιθανό τρόπο δημιουργίας μόνιμης ανθρώπινης παρουσίας στο διάστημα. Ένα λαμπρό παράδειγμα αυτού είναι ο Διαστημικός Διακανονισμός του Στάνφορντ Τόρος, ένας κύριος σχεδιασμός που εξετάστηκε από τη Θερινή Μελέτη της NASA του 1975
Ως συνεργατική προσπάθεια μεταξύ του Κέντρου Ερευνών Ames της NASA και του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ, αυτό το πρόγραμμα διάρκειας δέκα εβδομάδων περιελάμβανε καθηγητές, τεχνικούς διευθυντές και φοιτητές που έρχονταν μαζί για να δημιουργήσουν ένα όραμα για το πώς οι άνθρωποι θα ζήσουν κάποια μέρα σε μια μεγάλη διαστημική αποικία. Το αποτέλεσμα αυτού ήταν μια ιδέα για έναν διαστημικό σταθμό που μοιάζει με τροχό που περιστρέφεται για να παρέχει την αίσθηση είτε φυσιολογικής γης είτε μερικής βαρύτητας.
Επιπλέον, το περιστρεφόμενο στροφείο έχει εξεταστεί για διαστημικό σκάφος για να διασφαλίσει ότι οι αστροναύτες σε αποστολές μεγάλης διάρκειας θα μπορούσαν να περιορίσουν το χρόνο τους στη μικροβαρύτητα. Ένα καλό παράδειγμα αυτού είναι η Μη ατμοσφαιρική καθολική μεταφορά που προορίζεται για εξερεύνηση μακράς διάρκειας των Ηνωμένων Πολιτειών (Nautilus-X), μια ιδέα διαστημικού σκάφους πολλαπλών αποστολών που αναπτύχθηκε το 2011 από τους μηχανικούς Mark Holderman και Edward Henderson από την ομάδα αξιολόγησης τεχνολογικών εφαρμογών της NASA.
Όπως και με την προηγούμενη έρευνα, αυτή η μελέτη υπογραμμίζει τη σημασία της διατήρησης της υγείας των αστροναυτών κατά τη διάρκεια μακροχρόνιων αποστολών στο διάστημα, καθώς και των ταξιδιών μεγάλης διάρκειας. Ωστόσο, αυτή η μελέτη διακρίνεται στο ότι είναι η πρώτη σε μια σειρά που έχει σχεδιαστεί για την καλύτερη κατανόηση της όρασης μεταξύ των αστροναυτών.
«Ελπίζουμε ότι η συνεχής ισχυρή επιστημονική συνεργασία θα μας βοηθήσει να συγκεντρώσουμε τα πειραματικά αποτελέσματα που απαιτούνται για να προετοιμαστούμε για μελλοντική επανδρωμένη εξερεύνηση σε βάθος χώρου», δήλωσε ο Dai Shiba, ανώτερος ερευνητής της JAXA και συν-συγγραφέας στο χαρτί. Η Μάο, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, δήλωσε επίσης ότι ελπίζει ότι αυτή η έρευνα θα υπερβεί την εξερεύνηση του διαστήματος και θα έχει εφαρμογές εδώ στη Γη:
«Ελπίζουμε ότι τα ευρήματά μας όχι μόνο χαρακτηρίζουν την επίδραση του περιβάλλοντος διαστημικής πτήσης στα μάτια, αλλά θα συμβάλουν σε νέες θεραπείες ή θεραπείες για προβλήματα όρασης που προκαλούνται από διαστημικές πτήσεις, καθώς και σε περισσότερες διαταραχές της Γης, όπως ο εκφυλισμός της ωχράς κηλίδας και η αμφιβληστροειδοπάθεια».
Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι όταν πρόκειται για το μέλλον της εξερεύνησης του διαστήματος, υπάρχουν πολλές προκλήσεις μπροστά μας. Όχι μόνο πρέπει να αναπτύξουμε διαστημόπλοια που μπορούν να συνδυάσουν την απόδοση καυσίμου και την ισχύ, αλλά πρέπει να μειώσουμε το κόστος των μεμονωμένων εκκινήσεων και να βρούμε τρόπους για τον μετριασμό των κινδύνων για την υγεία των μακροπρόθεσμων αποστολών. Πέρα από τις επιπτώσεις της μικροβαρύτητας, υπάρχει επίσης το ζήτημα της παρατεταμένης έκθεσης σε ηλιακή και κοσμική ακτινοβολία.
Και μην ξεχνάμε ότι οι αποστολές στη σεληνιακή επιφάνεια και στον Άρη θα πρέπει να αντιμετωπίσουν μακροχρόνια έκθεση σε χαμηλότερη βαρύτητα, ειδικά σε ό, τι αφορά τα φυλάκια. Ως εκ τούτου, δεν θα ήταν αδύνατο να φανταστεί κανείς ότι το tori και οι φυγόκεντροι θα μπορούσαν να γίνουν τακτικά μέρος της εξερεύνησης του διαστήματος στο εγγύς μέλλον!
