Астронавты Аполлона обитали на Луне всего несколько дней, но долгосрочные физиологические последствия жизни на Луне могут быть летальными.
Один из "Пыльной дюжины": Астронавт Аполлон 17, Юджин Сернан назвал лунную пыль "вероятно, одним из наших величайших ингибиторов для номинальной операции на Луне". Их по уважительной причине назвали "пыльной дюжиной". 12 астронавтов "Аполлона", которые шли по лунной поверхности с 1969 по 1972 год, подняли столько лунной пыли, что порошкообразный осадок застрял в каждом уголке и трещине их космических костюмов. Астронавты, застрявшие в этом веществе, случайно выследили токсичную пыль на своем космическом корабле и даже вернулись на Землю после приземления.Эти астронавты NASA жаловались на "лунную сенную лихорадку", которая раздражала их глаза, легкие и ноздри. Врач, который помог членам экипажа "Аполлона-11" выйти из своего разбросанного по пыли космического модуля после его падения в океан, испытал собственные аллергические реакции. "Пыль, вероятно, является одним из наших величайших ингибиторов номинальной лунной операции", - сказал астронавт Аполлон 17 Джин Сернан, последний человек, который ходил на Луну во время послеполетного подведения итогов. "Я думаю, мы сможем преодолеть другие физиологические, физиологические, физические или механические проблемы, кроме пыли."Тем не менее, обдув облаков частиц пыли - зазубренная и абразивная из-за непогоды и атмосферных реакций - это далеко не единственная опасность для здоровья, создаваемая лунным полетом. Галактические космические лучи будут обстреливать жителей Луны устойчивым потоком высокоэнергетического излучения. Уровень тяжести на Луне - около 17% от земного - может вызвать хаос на костях, мышцах и других органах. А еще есть психологические аспекты того, что один из астронавтов НАСА назвал "огромным одиночеством" Луны.В то время как человечество готовится вернуться на Луну и в конечном итоге колонизировать ее, ученые активно исследуют эти риски и приступают к разработке медицинских контрмер. Однако убедительные данные о последствиях для здоровья лунной жизни крайне ограничены.
"За исключением опыта Аполлона, у нас действительно нет данных",
- говорит Лоуренс Янг, ученый-космотолог из отдела аэронавтики и космонавтики Массачусетского технологического института, - и эти миссии Аполлона никогда не были разработаны с учетом целей биомедицинских исследований.
Напротив, Международная космическая станция (МКС) была создана как гигантская плавучая лаборатория с самого начала, и почти два десятилетия экспериментов с постоянно обитаемой станцией дают некоторые сведения о том, каково это - жить на Луне в течение длительного времени. Но космическая станция с нулевой гравитацией, вращающаяся на орбите в пределах защитного ореола магнитного поля Земли, едва ли похожа на поверхность Луны с ее частичной гравитацией и более сильным излучением.Поэтому исследователям приходится довольствоваться приближениями лунных условий. Они изучают суррогатную пыль, а не реальную, потому что лунная пыль, собираемая астронавтами Аполлона, остается скудной. (И даже эти драгоценные образцы Аполлона стали менее реактивными после контакта с влажным, богатым кислородом воздухом Земли). Исследователи моделируют галактическое излучение с помощью ускорителей частиц для создания видов энергетических тяжелых ионов, обнаруженных в дальнем космосе. И у них есть множество трюков, чтобы подделать одну шестую часть тяжести: Они выполняют параболические полеты, вызывающие короткие всплески луноподобных условий; используют жгуты проводов и другие системы поддержки тела для имитации биомеханики, ожидаемой в условиях пониженной тяжести; и размещают людей в наклонном ложе в течение недель подряд, моделируя влияние лунной тяжести на работу сердца.Следы на Луне.
Гуляя по Луне: Лунный реголит грубее земной пыли, потому что он не подвержен воздействию погодных условий или химических веществ, которые могли бы его разрушить.Имитации никогда не бывают идеальными, но они информативны. В прошлом году междисциплинарная группа из Университета Стоуни Брук в Нью-Йорке подвергла клетки легких и мыши человека воздействию образцов пыли, напоминающих реголит, обнаруженный на Лунном нагорье и на вулканических равнинах Луны. По сравнению с менее реактивными материалами, токсичная пыль вызывала больше генетических мутаций и гибели клеток, вызывая в будущем нейродегенерацию и рак у исследователей Луны. "ДНК повреждается, поэтому существует риск возникновения подобных ситуаций", - говорит Рейчел Кастон, молекулярный биолог, которая руководила исследованиями. (Сейчас она учится в Индийском университете в Индианаполисе.)Но произойдет ли такое же повреждение внутри человеческого тела? И если да, то потребуется ли для обеспечения безопасности будущих поселенцев Луны такой же грязевой зал - дорогостоящее и сложное в логистическом отношении оборудование, которое можно было бы доставить к нашему небесному соседу? И насколько чистым должен быть этот грязевой зал, чтобы обезопасить космонавтов?
"Мы просто не знаем, и в этом кроется нынешняя головоломка,
- говорит Ким Приск, легочный физиолог из Калифорнийского университета в Сан-Диего.
"Это просто неприятная пыль или что-то потенциально очень токсичное?"
Никто из астронавтов "Аполлона" не страдал от долгосрочных вредных последствий воздействия пыли, только острые респираторные проблемы, что предполагает, что лунный шмутц может быть не слишком грязным. Но самым продолжительным пребыванием на Луне до сих пор был 75-часовой полет астронавтов "Аполлон-17", что эквивалентно длительному отъезду на выходные. Кроме того, поскольку имеется лишь 12 точек человеческих данных, из которых следует извлечь уроки, многие неопределенности сохраняются. Если говорить о лунной пыли, то прежде чем мы сможем создать среду обитания на поверхности Луны, необходимо разработать стратегию по ее снижению, - говорит Андреа Хэнсон, инженер НАСА по аэрокосмическим исследованиям, ранее возглавлявшая Лабораторию физиологии учений и контрмер в космическом центре Johnson.Но Хэнсон видит более серьезную проблему, чем лунная пыль: воздействие космических лучей, высокоэнергетических частиц из-за пределов нашей Солнечной системы, которые постоянно бьют Луну. Она особенно беспокоится о том, что большой поток этих реактивных ионов может сделать с чувствительными органами космонавта, такими как мозг и сердце.Для изучения такого сценария в 2003 году НАСА построило лабораторию космической радиации в Национальной лаборатории Брукхейвена в штате Нью-Йорк. Это первый и единственный завод в Соединенных Штатах, способный производить тяжелые ионы подобного рода в космическом пространстве. Там исследователи взрывают мышей космическими лучами, чтобы показать, например, как космическое излучение может серьезно повредить желудочно-кишечный тракт или как потенциальное профилактическое лечение лекарственными препаратами может защитить мозг от вызванного излучением когнитивного упадка.Фотография человека, стоящего у специально спроектированных мышиных клеток.
Цикл отжима: Японское космическое агентство изготовило специально разработанные мышиные клетки для МКС, которые можно вращать для имитации гравитации Луны.Мышиные эксперименты также лежат в основе исследований Мэри Буксейн влияние частичной тяжести на здоровье опорно-двигательного аппарата. Ее исследования будут проводиться на борту МКС в прядильной клетке, построенной Японским агентством аэрокосмических исследований. Эта уравновешенная центрифуга позволит инженеру-биомеханику из Медицинского центра им. Бет Исраэль в Бостоне Буксейну осуществлять мониторинг мышей, живущих с разной степенью тяжести, в течение недель, чтобы определить, достаточно ли лунной силы тяжести для сохранения надлежащего функционирования костей и мышц. "На Земле невозможно провести настоящий эксперимент с искусственной гравитацией, - говорит Буссейн, - в то время как на МКС "мы действительно можем по-настоящему взглянуть на защитные эффекты искусственной гравитации".Бен Левин, директор Института физкультуры и медицины окружающей среды, совместной программы Техасской Пресвитерианской больницы здоровья в Далласе и Юго-западного медицинского центра Техасского университета, прогнозирует, что вес Луны в одну шестую часть тела не сможет защитить от потери массы костей, силы мышц и сердечных сокращений. Но, к счастью, отмечает он, уже существуют эффективные режимы тренировок, которые можно адаптировать к жизни на Луне. "Если вы сделаете то, что они делают на космической станции сейчас, - говорит Левин, - вы должны быть в состоянии полностью предотвратить текущую атрофию."Упражнения.
Микрогравитационный марафонизм: Космонавты МКС ежедневно поддерживают здоровье костей, мышц и сердца во время многочасовых тренировок [слева]. Что-то подобное может работать на Луне, поэтому ЕКА моделирует гравитацию Луны на беговой дорожке [справа].Ежедневные кардиотренировки и силовые тренировки, которые в настоящее время являются обычными для космонавтов МКС, могут быть труднодостижимыми в будущих исследованиях Луны, хотя их 2,5-часовые тренировки включают тяжелую атлетику, бег и катание на велосипеде на машинах с банджи-кордным шнуром для их натяжения. Именно поэтому Тобиас Вебер и его коллеги из Европейского центра астронавтов Европейского космического агентства в Кельне (Германия) изучают рационализированные альтернативы. В рамках исследования движения в условиях низкой гравитации команда ЕКА по космической медицине недавно использовала специально разработанную беговую дорожку, которая позволяет людям бегать, ходить и прыгать в горизонтальном положении с помощью ряда кабелей.Регулировка усилия, с помощью которого шкивы возвращают пользователей в боковом направлении к беговой дорожке, позволяет системе обеспечивать различные уровни тяжести. С помощью этой "вертикальной" беговой дорожки исследователи показали, что всего несколько минут ежедневного прыжка вверх-вниз, простым движением вверх-вниз, подобно пропуску каната, может оказать достаточно силы на кости, мышцы и сухожилия в лунном притяжении для борьбы с физиологической деградацией, которая, как ожидается, произойдет на Луне.
"Прыжки могут быть действительно мощной многосистемной контрмерой",
- говорит аэрокосмический физиолог Дэвид Грин, член команды ЕКА. В качестве дополнительного бонуса он добавляет, что короткие прыжки могут быть более эффективными и менее скучными, чем бег на беговой дорожке.
"По крайней мере, в самом начале, - говорит Грин, - трудно не улыбаться, когда ты прыгаешь."
В конечном счете, вполне вероятно, что лунные полеты будут продолжаться так же, как и в эпоху Аполлона: многие вопросы здравоохранения остаются без ответа, а защитные медицинские процедуры проработаны не полностью. Для некоторых потенциальных путешественников эта ситуация может показаться пугающей, но неопределенность не смущает Билла Палоски, директора Программы исследований человека НАСА.
"Вообще-то, меня не очень волнуют вопросы здоровья и физиологии,
- говорит он.
"Мы сможем достаточно внимательно следить за общим состоянием здоровья и работоспособностью членов экипажа, а затем предоставлять поддержку с Земли в режиме, близком к реальному времени для большинства вещей". В худшем случае, астронавты могут прилететь домой за считанные дни - план спасения, который будет невозможен по мере продвижения полета на Марс и за его пределы.
Именно это делает луну такой "интересной ступенькой",
- говорит Палоски.
"Это способ проверить множество концепций, которые у нас есть для того, как делать вещи на поверхности Марса."
