Space, dan Hambatan Terbesar Manusia dari Menjelajahinya

Radiasi - itu adalah kata yang menakutkan bagi sebagian besar dari kita, dan kata yang bahkan lebih menakutkan jika Anda berencana untuk mengeksplorasi kedalaman ruang.

Namun terlepas dari istilah yang menimbulkan rasa takut, dalam banyak kasus, kita terkena radiasi sepanjang hidup kita sehari-hari; tapi saya di sini bukan untuk membicarakan sebagian besar kasus. Para pemimpin industri luar angkasa seperti SpaceX dan bahkan NASA sekarang mengekspresikan ambisi planet mereka, tetapi jelas bahwa kita sekarang telah mencapai penghalang besar di jalan kita, radiasi ruang angkasa yang mematikan!

Tetapi sebelum kita menyelam, apa artinya semua ini? Mengapa Anda harus peduli tentang radiasi ruang, solusi kami, dan benar-benar apa pun tentang topik ini?

Ketika kita bergerak ke abad baru pertumbuhan teknologi eksponensial, Anda dan saya hidup di zaman di mana mimpi melihat manusia hidup di tata surya kita bukan lagi sekadar film atau plot buku yang keren, tetapi kenyataan yang layak. Masa depan ini sedang berlangsung tepat di hadapan kita, dan Anda dan saya mungkin menjadi bagian dari masa depan itu dalam hidup kita!

Satu langkah lebih dekat untuk menjelajahi dan menaklukkan kedalaman ruang, adalah selangkah lebih dekat ke manusia yang mengukir tanda abadi di bintang-bintang; memungkinkan kita untuk hidup di luar batas satu bola biru kecil di tengah-tengah jurang hitam.

Apa itu Radiasi Ruang Angkasa? Bagaimana Bedanya dengan Radiasi Bumi?

Di Bumi, kita terkena radiasi dalam kehidupan kita sehari-hari, tetapi biasanya tidak signifikan bagi kesehatan kita. Radiasi yang kita peroleh sehari-hari cukup tidak berbahaya, dengan pengecualian utama adalah sinar UV. (Kenakan tabir surya!)

Ketika datang ke paparan radiasi, kami mengukur di Sieverts dan Milisieverts (SV / mSV). Rata-rata satu tahun, Anda dan saya akan menerima sekitar 1-2 mSV; ini adalah tingkat alami yang kita beradaptasi, dan itu bukan masalah. Namun ketika Anda mencoba menjelajahi kedalaman ruang, itu berubah sangat cepat karena Anda berada di ujung penerima 700-900 mSV setiap tahun. Bahkan jika Anda ingin mengatakannya, Mars, Anda masih akan dihancurkan dengan 400-500 mSV setiap tahun, karena atmosfer Mars yang sangat tipis dan magnetosfer yang sangat lemah.

Radiasi adalah energi yang bergerak, dan berbagai jenis radiasi berbeda-beda pada bentuk apa energi itu berada. Di Bumi, kita mengalami semua jenis radiasi di bawah spektrum elektromagnetik. Apa yang membuat radiasi sering berbahaya adalah kemampuan pengionnya - seberapa efektif radiasi tersebut untuk merobohkan elektron atau proton dari atom, sehingga menjadikannya ion.

Kemampuan ionisasi radiasi ditentukan berdasarkan apakah radiasi itu energi tinggi atau rendah. Dalam jaringan manusia, radiasi energi tinggi (radiasi pengion) diterjemahkan menjadi kerusakan sel dan DNA, terutama ketika datang ke modul kimia dari heliks ganda menjadi ion sebagai akibat dari radiasi yang mengenai itu. Perhatikan bahwa hanya karena sesuatu tidak memiliki daya ionisasi yang relatif tinggi, tidak membuatnya kurang berbahaya untuk masalah biologis.

Di ruang angkasa, kita berhadapan dengan tiga jenis radiasi pengion, salah satunya adalah level selanjutnya!

  1. Radiasi Van-Allen: Radiasi ini dipancarkan dari planet kita sendiri, dan berkembang biak di bawah penghalang magnet yang sangat kuat di sekitar planet kita, yang dikenal sebagai Sabuk Van-Allen. Ikatan medan magnet berenergi tinggi ini melindungi kita dari dua jenis radiasi berbahaya lainnya.
  2. Peristiwa Partikel Surya: Ini adalah energi termasuk tetapi tidak dikecualikan untuk sinar UV, dilepaskan dari badai matahari dan anomali energi yang terjadi pada matahari kita, dengan semburan matahari dan angin menjadi contoh yang paling umum. Kadang-kadang radiasi perjalanan ini sangat kuat sehingga menyebabkan gangguan elektromagnetik pada sistem listrik kita, bertindak sebagai EMP surya.
  3. Galactic Cosmic Rays (GCR): Ini adalah catatan langsung yang luar biasa dari apa yang terjadi di galaksi kita! GCR terutama proton dan partikel subatomik lainnya, yang dilepaskan dan didorong oleh ledakan supernova. Partikel-partikel ini adalah beberapa entitas perjalanan tercepat yang kita ketahui, dengan kecepatan rata-rata berkisar antara 40-96% kecepatan cahaya!

Galactic Cosmic Rays- Cool but Very Deadly

Sekarang GCR mungkin terdengar luar biasa dan sangat luar biasa (yang mana itu), tetapi mereka akan mengacaukan Anda dalam waktu singkat, seandainya Anda terkena mereka. GCR adalah partikel energi dan inti yang bergerak di luar angkasa dengan kecepatan gila, dan melakukannya tanpa batas hingga dihentikan oleh sesuatu!

Namun masalahnya adalah bahwa dengan teknologi kami saat ini, setiap penerbangan luar angkasa di luar Sabuk Van-Allen pasti akan terjadi. Jumlah radiasi mematikan yang gila ini pada kecepatan tinggi seperti itu sangat merugikan DNA Anda.

Selain itu, sinar kosmik yang mematikan ini bahkan dapat merobek dinding logam padat pada pesawat ruang angkasa, dan setiap struktur lain yang dapat kita kirim ke sana.

GCR sebenarnya adalah istilah umum untuk partikel-partikel galaksi keliling ini, dengan 99% dari atom-atom murni tersebut membentuk atom di seluruh tabel periodik, dan 1% menjadi elektron dan partikel subatomik lainnya. Ini sangat penting, karena ini berarti kita berhadapan dengan bentuk radiasi yang lebih berat daripada foton dan gelombang yang biasa kita gunakan untuk berurusan dengan

Ini berarti bahwa GCR memiliki kemampuan ionisasi yang relatif rendah saja, tetapi ini tidak termasuk kecepatan, momentum, dan kemampuan mereka untuk memancarkan air di tubuh kita sendiri. Semua ini memberi GCR pukulan yang lebih kuat pada masalah biologis, seperti DNA kami ...

Apa itu Radikal Bebas, dan Apa yang Dapat Mereka Lakukan?

GCR terdiri dari inti atom dari semua elemen yang berbeda yang berkisar dalam massa atom, dengan demikian berarti kita berhadapan dengan radiasi yang besar dan berat dengan kemampuan pengion yang lebih sedikit daripada yang lain. Meskipun kita tidak tahu banyak tentang efek kesehatan spesifik GCR, kita dapat memperkirakan efek berdasarkan radiasi nuklei lain, seperti sinar Alpha. Suatu titik kerusakan besar yang diamati berasal dari ketika radiasi nukleus yang besar melepaskan elektron dalam ion hidroksil di dalam air tubuh kita, mengubah ion-ion ini menjadi Hidroksil Radikal Bebas.

Radikal bebas didefinisikan sebagai partikel bermuatan dengan elektron yang tidak berpasangan, sehingga membuatnya sangat reaktif di alam. Ketika radikal bebas berbasis hidroksil terbentuk di dalam tubuh kita melalui paparan radiasi, radikal tersebut akan dengan cepat mencari sumber yang dapat diandalkan untuk mencocokkan elektronnya yang tidak berpasangan.

Sumber ini seringkali adalah DNA kita sendiri, di mana radikal akan dengan cepat menyerap elektron langsung dari salah satu nukleotida DNA. Kami juga memperhatikan bahwa semakin lambat sebuah partikel radioaktif dalam konteks ini, semakin banyak waktu untuk berinteraksi dengan DNA kita, sehingga membuatnya lebih merusak DNA.

Pencurian elektron oleh radikal ini, sekarang menciptakan ion dalam struktur DNA. Ionisasi DNA tidak langsung kemudian dapat menyebabkan putusnya ikatan antara blok-blok pembangun heliks ganda yang berbeda; untai tunggal istirahat untai ganda kami.

Bergantung pada tingkat keparahan kerusakan atau bentuk lain dari kerusakan DNA, sistem perbaikan DNA tubuh kita mungkin atau mungkin tidak dapat secara akurat memperbaiki dan mengganti DNA yang rusak ini. Ini kemudian dapat mengarah pada banyak konsekuensi lain seperti sintesis protein yang salah, yang pada gilirannya dapat memicu perkembangan tumor kanker.

Menghentikan GCR - RXF1 (Polyethylene)

Meskipun secara resmi kami belum tahu cara tunggal untuk sepenuhnya melindungi terhadap GCR, kami telah menemukan beberapa solusi untuk memperbaiki sebagian masalah kami! Bahan berbasis hidrogen seperti polietilen (Ya, plastik) dapat menjadi salah satu solusi kami untuk GCR.

Menjadi elemen proton / neutron tunggal, Hidrogen sedang dicoba sebagai solusi "memerangi api dengan api" untuk masalah sinar kosmik kita.

Bahan berbasis hidrogen dapat berfungsi sebagai perlindungan yang efektif terhadap GCR. Dengan proton dan neutron untuk semua nuklei yang ukurannya hampir sama, nuklei hidrogen bisa menjadi perisai daging atom yang sederhana dan berlimpah untuk kebutuhan kita.

Polyethylene adalah plastik utama yang kami gunakan dalam produk sehari-hari, seperti tas belanja dan banyak botol berbeda. Ini adalah kain berbasis hidrogen yang kebetulan menjadi bahan yang para ilmuwan tahu sebagai perisai radiasi yang baik, ringan, tersedia, dan fleksibel secara fisik dalam bentuk!

Ketika menjawab kebutuhan kita akan material luar angkasa, polietilen reguler secara teoritis memenuhi masalah radiasi. Polyethylene dapat membelokkan flare matahari 50% dan GCR 15% lebih efektif daripada bahan aluminium kami saat ini. Namun berbicara, simulasi masih menunjukkan sedikit peningkatan signifikan antara risiko biologis manusia dalam pesawat ruang angkasa Polyethylene, dan pesawat ruang angkasa aluminium. Semua ini berarti kami memiliki lebih banyak penelitian untuk dilakukan pada efek biologis GCR, serta meningkatkan kemampuan fragmen radiasi polietilen.

Namun polietilen saja tidak cukup kuat untuk membawa kita ke ruang angkasa, dan ini adalah di mana para peneliti telah membuat versi yang ditingkatkan: RFX1. Memiliki 3X kekuatan tarik pada 1/2 berat aluminium, RFX1 dapat berfungsi sebagai aset logistik dan fisik untuk produksi misi eksplorasi ruang angkasa berawak berikutnya!

Tetapi sebelum radiasi bahkan mengenai pesawat ruang angkasa kita, mengapa tidak mencoba membelokkan atau menghentikannya sebelum harus khawatir akan terjadi kontak?

Menghentikan GCR - Magnetaces Pesawat Ruang Angkasa

Hanya 500 km di atas Anda, lapisan bagian dalam sabuk Van Allen menampung partikel bermuatan dari sebagian besar angin matahari, menggunakan medan magnet Bumi untuk menjebak mereka di orbit. Partikel-partikel angin matahari ini adalah campuran dari partikel alfa, proton, dan elektron, semuanya melindungi planet kita dari GCR mematikan dan radiasi UV Matahari pengion.

Di atas itu adalah lapisan luar Sabuk Van Allen; perisai garis depan kami yang dihantam berulang-ulang oleh sinar kosmik dan radiasi matahari. Perisai ini terus berubah; membangun dan kehilangan lapisan itu sendiri karena dihantam oleh sinar kosmik.

Kami dapat berterima kasih atas kerja tim dari kedua media radioaktif ini karena menjaga kami dari menjadi debu ruang radioaktif! Tapi ini menimbulkan pertanyaan: Bisakah kita melakukan hal serupa untuk pesawat ruang angkasa kita, melalui semacam sabuk radiasi buatan manusia?

Sebenarnya, jawabannya bisa ya, menurut tim peneliti di Lab Rutherford di Inggris.

Dengan menggunakan prinsip sabuk Van Allen, para ilmuwan dapat memasang modul pada pesawat ruang angkasa yang akan menghasilkan medan magnet di sekitar tubuh kendaraan. Magnetosfer buatan dari pesawat ruang angkasa ini akan menjebak radiasi yang masuk, memisahkan proton dan elektron, menyebabkan pemisahan muatan di ruang angkasa, dan dengan demikian menangkis radiasi yang lebih masuk!

Yang terbaik dari semuanya, ini hanya perlu berdiameter 100m-200m, tidak seperti Sabuk Van Allen asli yang membentang ribuan kilometer. Ini masih merupakan ide eksperimental, tetapi ini mungkin merupakan kunci untuk memberikan bahan pesawat ruang angkasa kita bantuan tambahan dalam menghalangi radiasi.

Pikiran terakhir

Pada akhirnya itu kemungkinan tidak akan turun ke solusi "end all-be all" untuk radiasi ruang, melainkan serangkaian solusi cerdas dan inovatif yang akan memungkinkan kita untuk memasuki ruang angkasa yang dalam. Beberapa mengatakan masalah GCR adalah apa yang selamanya akan membuat kita terikat pada planet rumah kita, namun kenyataan bahwa solusi yang layak sedang dikembangkan, menunjukkan masa depan yang lebih dari positif untuk transisi kita ke masa depan antarplanet!

Dalam artikel saya berikutnya, saya akan menjelaskan cara keren satu makhluk tertentu untuk melindungi DNA mereka dari kerusakan radiasi, dan bagaimana manusia menggunakan alat evolusi yang unik untuk modifikasi genetika tingkat berikutnya.

Tetap disini, terima kasih sudah membaca. Jangan ragu untuk memeriksa sumber yang saya gunakan di bawah ini untuk memikirkan ide-ide luar biasa Anda sendiri!

Sumber:

Penelitian NASA Polyethylene: https://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2005/25aug_plasticspaceships

Info GCR: http://www.srl.caltech.edu/personnel/dick/cos_encyc.html

Penelitian Magnetosfer: http://www.minimagnetosphere.rl.ac.uk/

Kerusakan Radikal Gratis: https://en.wikipedia.org/wiki/Health_threat_from_cosmic_rays | https://en.wikipedia.org/wiki/Free_radical_damage_to_DNA