Odkar so astronavti začeli odhajati v vesolje daljše časovno obdobje, je znano, da dolgotrajna izpostavljenost ničelni gravitaciji ali mikrogravitaciji prihaja z njenim deležem na učinke na zdravje. Ti vključujejo atrofijo mišic in izgubo kostne gostote, razširjajo pa se tudi na druga področja telesa, kar vodi do zmanjšanja delovanja organov, cirkulacije in celo do genetskih sprememb.
Zaradi tega so bile na Mednarodni vesoljski postaji (ISS) izvedene številne študije za določitev obsega teh učinkov in kakšne strategije se lahko uporabljajo za njihovo ublažitev. Po novi raziskavi, ki se je nedavno pojavila v International Journal of Molecular Sciences, skupina raziskovalcev, ki jo financirajo NASA in JAXA, je pokazala, kako naj bi bila umetna gravitacija ključni sestavni del prihodnjih dolgoročnih načrtov v vesolju.
Kot je bilo ugotovljeno, je bilo izvedenih veliko raziskav, da bi ugotovili in količinsko opredelili učinke mikrogravitacije na človeško telo. Dober primer tega je študija dvojčkov, ki jo je izvajal NASA-in raziskovalni program za človekove raziskave (HRP), ki je raziskovala učinke na telo astronavta Scotta Kellyja, potem ko je eno leto preživel na mednarodni vesoljski postaji - za nadzor uporablja svojega brata dvojčka Marka Kellyja. .
Te in druge raziskave so potrdile, da izpostavljenost mikrogravitaciji ne more vplivati samo na kostno gostoto in mišično maso, temveč tudi na imunsko funkcijo, krvno oksigenacijo krvi, zdravje srca in ožilja ter celo na možne genomske in kognitivne spremembe. Poleg tega je vid tudi nekaj, na kar lahko vplivamo s časom, preživetim v vesolju, kar je posledica manjše cirkulacije in kisika, ki ga pripelje do očesnega tkiva.
V resnici je približno 30% astronavtov pri kratkotrajnih poletih z vesoljskimi ladjami (približno dva tedna) in 60% pri dolgotrajnih misijah na ISS poročalo o določeni okvari njihovega vida. Profesor Michael Delp - dekan Fakultete za humanistične vede na Florida State University (FSU) in soavtor prispevka - in njegovi sodelavci priporočajo, da se v prihodnje misije vključi umetna gravitacija.
Delps že leta in s podporo NASA preučuje vpliv mikrogravitacije na vid astronavtov. Kot je dejal v nedavni izdaji FSU News:
"Težava je v tem, da dlje kot so astronavti v vesolju, večja je verjetnost, da bodo prizadene vid. Nekateri astronavti si bodo opomogli od sprememb vida, nekateri pa ne. Torej je to za NASA in vesoljske agencije velika prednostna naloga. S to uporabo umetne gravitacije smo ugotovili, da ni popolnoma preprečila sprememb očesa, vendar nismo videli najslabših rezultatov. "
Da bi ugotovil, ali bi umetna gravitacija zmanjšala te učinke, se je Delp v prvem sodelovanju v sodelovanju z raziskovalci Japonske agencije za vesoljsko raziskovanje (JAXA). Pridružil se jim je profesor Xiao Wen Mao (glavni avtor študije) z univerze Linda Loma, pa tudi člani z Univerze v Arkanzasu za medicinske vede, Arkansasovega otroškega raziskovalnega inštituta in Univerze v Tsukubi.
Ekipa je nato preučila spremembe mišic očesnih tkiv, potem ko so na krovu ISS preživeli 35 dni. Preskušanci so bili sestavljeni iz 12 moških miši, starih devet tednov, ki so jih pripeljali iz vesoljskega centra Kennedy in jih nastanili v mišji enoti za prebivanje v kletkah (HCU) v laboratoriju JAXA "Kibo" na ISS. V času bivanja so miši razdelili v dve skupini.
Medtem ko je ena skupina živela v okoljskih mikrogravitacijskih pogojih, je druga živela v centrifugalni habitatni enoti, ki je proizvedla 1 g umetne gravitacije (ekvivalent Zemljine teže). Iz tega je raziskovalna skupina ugotovila, da je prejšnja skupina utrpela poškodbe krvnih žil, ki so pomembne za uravnavanje tlaka tekočine v očeh.
"Ko smo na Zemlji, gravitacija potegne tekočino navzdol proti našim stopalom," je dejal Phelps. »Ko izgubite težo, se tekočina premakne proti glavi. Ta premik tekočine vpliva na ožilje po telesu in zdaj vemo, da vpliva tudi na krvne žile v očesu. "
Poleg tega je ekipa ugotovila, da so se profili ekspresije beljakovin spreminjali tudi v očeh miši kot posledica mikrogravitacije. Za primerjavo, miši, ki so preživele svoj čas v centrifugi, niso utrpele skoraj toliko škode na očesnih tkivih. Ti rezultati kažejo, da bo umetna gravitacija, verjetno v obliki vrtljivih odsekov ali centrifug, nujna sestavina za dolgotrajne vesoljske misije.
Ko gre za koncepte, uporaba umetne gravitacije v vesolju ni nekaj novega. Poleg tega, da so v znanstveno fantastiko dobro raziskani koncept, so vesoljske agencije nanjo gledale kot na možen način vzpostavitve trajne človekove prisotnosti v vesolju. Odličen primer tega je vesoljska naselbina Stanford Torus, glavna zasnova, ki jo je obravnavala Nasina poletna študija iz leta 1975.
Kot desetotedenski program, ki je potekal med NASA-inim raziskovalnim centrom Ames in univerzo Stanford, so sestavljali profesorji, tehnični direktorji in študenti, ki so združili, da bi ustvarili vizijo, kako bi ljudje nekoč živeli v veliki vesoljski koloniji. Rezultat tega je bil koncept za vesoljsko postajo, podobno kolesu, ki bi se vrtela, da bi zagotovila občutek bodisi normalne Zemlje bodisi delne težnosti.
Poleg tega so za vesoljska plovila veljali vrteči se tori, ki so zagotovili, da bi astronavti na dolgotrajnih misijah lahko omejili svoj čas mikrogravitacije. Dober primer tega je univerzalni promet brez atmosfere, namenjen dolgotrajnemu raziskovanju Združenih držav Amerike (Nautilus-X), koncept večnamenskih vesoljskih plovil, ki sta ga leta 2011 razvila inženirja Mark Holderman in Edward Henderson iz Nasine ekipe za oceno tehnoloških aplikacij.
Tako kot prejšnje raziskave tudi ta študija poudarja pomembnost ohranjanja zdravja astronavtov med dolgotrajnimi misijami v vesolju in tudi dolgotrajne plovbe. Vendar pa se ta študija odlikuje po tem, da je prva v seriji, namenjena boljšemu razumevanju poslabšanja vida med astronavti.
"Upamo, da nam bo nadaljnje močno znanstveno sodelovanje pomagalo pri nabiranju eksperimentalnih rezultatov, potrebnih za pripravo na prihodnje raziskovanje vesoljskega raziskovanja," je dejal Dai Shiba, višji raziskovalec JAXA in soavtor prispevka. Mao, glavni avtor študije, je prav tako nakazal, da upa, da bo ta raziskava presegla raziskovanje vesolja in imela aplikacije tukaj na Zemlji:
"Upamo, da naše ugotovitve ne bodo le označevale vpliva vesoljskega letenja na oči, temveč bodo prispevale k novim zdravilom ali zdravljenju težav z vidom, ki jih povzročajo vesoljski leti, ter k več zemeljskih motenj, kot sta starostna degeneracija makule in retinopatija."
Brez dvoma je, da gre za prihodnost raziskovanja vesolja, pred nami je veliko izzivov. Ne samo, da moramo razviti vesoljska plovila, ki lahko združujejo učinkovitost porabe goriva in moč, znižamo stroške posameznih izstrelitev in oblikujemo načine za zmanjšanje zdravstvenih tveganj pri dolgoročnih misijah. Poleg učinkov mikrogravitacije obstaja tudi vprašanje dolgotrajnejše izpostavljenosti sončnemu in kozmičnemu sevanju.
In ne pozabimo, da se bodo morale misije na lunarno površino in Mars spopadati z dolgotrajno izpostavljenostjo nižji gravitaciji, še posebej tam, kjer gre za obstoje. Tako si ne bi predstavljali, da bi torije in centrifuge lahko v bližnji prihodnosti postali reden del raziskovanja vesolja!
