A radiação nas futuras missões tripuladas a Marte

por PGAPereira e NASA. As medidas tomadas pelo Mars Science Laboratory da NASA (MSL), entregue pelo rover Curiosity em missão sobre Marte em 2012 estão fornecendo as informações necessárias para projetar sistemas para proteger os exploradores humanos da exposição à radiação futuramente em expedições no espaço profundo. O Radiation Assessment Detector da MSL (RAD) é o primeiro instrumento para medir o ambiente de radiação durante uma missão cruzeiro a Marte de dentro de uma nave espacial que é semelhante ao potencial de exploração espacial humana. Os resultados vão reduzir a incerteza sobre a eficácia da proteção contra radiações e fornecer informações vitais para os projetistas de missões espaciais que você precisa para construir com proteção para os ocupantes da nave espacial no futuro. "À medida que esta nação se esforça para chegar a um asteróide e Marte em nossas vidas, estamos trabalhando para resolver todos os quebra-cabeças que a natureza representa para manter os astronautas em segurança para que eles possam explorar o desconhecido e voltar para casa", disse William Gerstenmaier, administrador associado da NASA para a exploração humana e das operações em Washington. "Aprendemos mais sobre a capacidade do corpo humano de se adaptar ao espaço todos os dias a bordo da Estação Espacial Internacional. Ao construir a nave espacial Orion e o espaço de lançamento de foguetes do Sistema para transportar e nos abrigar no espaço profundo, vamos continuar a fazer os avanços que serão precisos em ciências da vida para reduzir os riscos aos nossos exploradores. O instrumento RAD do Curiosity está nos dando dados críticos que precisamos a fim de que nós, seres humanos, como vagabundos, podemos arriscar coisas grandiosas para alcançar o planeta vermelho". As descobertas publicadas na edição de 31 de maio da revista Science, indicam que a exposição à radiação para os exploradores humanos poderia exceder o limite de carreira da NASA para os astronautas, se os sistemas de propulsão atuais forem usados.

          Duas formas de radiação representam riscos de saúde para os astronautas no espaço profundo. Um delas são os raios cósmicos galácticos (RCG), partículas causadas por explosões de supernovas e outros eventos de alta energia fora do sistema solar. O outro são as partículas energéticas solares (PTS) associadas com erupções solares e ejeções de massa coronal do Sol. A exposição à radiação é medida em unidades de Sievert (Sv) ou milisievert (um milésimo de Sv). Estudos populacionais de longo prazo revelaram que a exposição à radiação aumenta o risco de uma pessoa desenvolver câncer durante o tempo de vida. A exposição a uma dose de 1 Sv, acumulada ao longo do tempo, está associada com um aumento de 5 por cento no risco de desenvolver o cancro fatal. A NASA estabeleceu 3 por cento de maior risco de câncer fatal como um limite aceitável para a carreira de seus astronautas que operam atualmente em órbita baixa da Terra. Os dados do RAD mostraram que o Rover Curiosity foi exposto a uma média de 1,8 millisieverts de GCR por dia em sua viagem a Marte. Apenas cerca de 5 por cento da dose de radiação foi associada com partículas solares, em vista de um ciclo solar relativamente calmo, pequeno,  e a blindagem fornecida pela sonda. Os dados do RAD irão ajudar a informar nas discussões atuais da comunidade médica nos Estados Unidos que está trabalhando para estabelecer limites de exposição para os exploradores do espaço profundo no futuro. "Em termos de dose acumulada, é como conseguir uma tomografia computadorizada de um corpo inteiro, uma vez a cada cinco ou seis dias", disse Cary Zeitlin, o principal cientista do Southwest Research Institute (SwRI), em San Antonio e principal autor do artigo sobre o resultados. "Compreender o ambiente de radiação dentro de uma nave espacial levando os seres humanos a Marte ou outros destinos no espaço profundo é fundamental para o planejamento de futuras missões tripuladas."

          A espaçonave atual protege muito mais eficazmente contra SEPs que GCRs. Para se proteger contra o comparativamente baixo consumo de energia dos SEPs típicos, os astronautas podem precisar deslocar-se em paraísos com blindagem extra em uma nave espacial ou na superfície marciana, ou empregar outras contramedidas. Os RCG tendem a ser altamente energéticos, partículas altamente penetrantes que não são parados pela modesta proteção fornecida por uma nave espacial típico. "Os cientistas precisam validar teorias e modelos com as medições reais, que o RAD agora está oferecendo", disse Donald M. Hassler, um diretor de programa no SwRI e investigador principal da investigação RAD. "Estas medidas serão utilizadas para melhor compreender como a radiação viaja através do espaço profundo e como ela é afetada e alterada pela própria estrutura da nave espacial. A nave protege tanto contra partículas de energia mais baixas, mas outras podem se propagar através da estrutura inalterada ou quebrarem-se em partículas secundária". Após o Curiosity ter pousado em Marte em agosto, o instrumento RAD continuou a operar, medindo o ambiente de radiação na superfície do planeta. Os dados coletados durante a missão científica do RAD do Curiosity vão continuar a informar os planos para proteger os astronautas da NASA como projetos para futuras missões tripuladas a Marte nas próximas décadas.

Comparação de exposições a radiação (dose de radiação). Este gráfico, foto 2, compara a dose de radiação equivalente para vários tipos de experiências, incluindo um cálculo para uma viagem da Terra para Marte com base em medições feitas pelo instrumento blindado detector de radiação dentro do Mars Science Laboratory da NASA durante o vôo da Terra para Marte em 2011 e 2012. A escala vertical é logarítmica, cada valor marcado é 10 vezes maior do que o outro mais baixo. As unidades "dose equivalente" são millisieverts, que são uma unidade que leva em conta um fator para as características de absorção de energia dos tecidos biológicos como um ajuste a partir de unidades de medida de doses não modificadas chamadas "cinzas" ou milligrays.

Fonte de radiação ionizante no espaço interplanetário (Raios cósmicos galácticos). Foto 3. O Radiation Assessment Detector (RAD) do Curiosity Mars rover da NASA monitora partículas atômicas e subatômicas de altas energias proveniente do Sol, supernovas distantes e de outras fontes. O RAD mede o fluxo desta radiação energética de partículas, enquanto blindada dentro da nave espacial Mars Science Laboratory no vôo do Curiosity da Terra para Marte, e continua a monitorar o fluxo na superfície de Marte. Esta ilustração mostra os dois principais tipos de radiação que o RAD monitora, e como o campo magnético ao redor da Terra afeta a radiação no espaço próximo à Terra. Raios cósmicos galácticos são um chuveiro variável de partículas carregadas provenientes de explosões de supernovas e outros eventos extremamente longe do nosso sistema solar. O Sol é a outra principal fonte de partículas energéticas que esta investigação detecta e caracteriza. O Sol vomita elétrons, prótons e íons pesados ​​em "eventos de partículas solares" alimentadas por erupções solares e ejeções de matéria da coroa. A nave espacial que transporta o RAD mediu a influência do campo magnético da Terra primitiva durante o vôo da Terra para Marte. O campo magnético da Terra e a atmosfera fornecem proteção eficaz contra os possíveis efeitos mortais de raios cósmicos galácticos e eventos de partículas solares. Marte não tem um campo magnético global e tem apenas cerca de 1 por cento da atmosfera da Terra. Dados da RAD durante a viagem para Marte e na superfície de Marte fornecem ajuda importante para o planejamento da segurança dos astronautas no projeto de possíveis missões humanas a Marte.

Medições de radiação durante viagem Terra-Marte (Taxa de dose de radiação). Foto 4. Este gráfico mostra o nível de radiação natural detectado pelo Detector blindado de doses de radiação dentro do Mars Science Laboratory da Nasa, na viagem da Terra para Marte a partir de dezembro de 2011 a julho de 2012. Os picos de níveis de radiação ocorreram em fevereiro, março e final de maio de 2012, por causa de grandes eventos de partículas energéticas solares causadas pela atividade solar. A estrutura de blindagem da sonda MSL (que inclui o backshell e o Heatshield bem como o Rover Curiosity e sua fase de descida) fornecida a partir do ambiente de radiação espacial trouxe um profundo significado. As medidas são uma ajuda importante para o planejamento à segurança dos astronautas no projeto de possíveis missões humanas a Marte. As intensidades de radiação neste gráfico estão indicadas na taxa de dose medida pelos detectores de silício do instrumento RAD. As unidades são micrograys por dia. A cinza é uma dose medida diretamente, não ajustada para qualquer diferença na característica de absorção de energia entre o material detector e o tecido biológico.

 Cálculo da dose de radiação para o tecido biológico. Foto 5. A relação entre a dose de radiação de partículas carregadas medido com sensores de silício e a dose de que o tecido biológico iria receber na mesma definição é avaliada como uma função da quantidade de energia que as partículas carregadas depositam-se em água (que serve como um proxy para o tecido biológico) . Este gráfico mostra o fluxo de partículas energéticas (eixo vertical) em função da estimativa de energia depositada em água (eixo horizontal). O termo "dose equivalente", que é usado para discutir risco de saúde contra para a exposição à radiação, leva em conta esta relação. Um fator de qualidade, Q, é utilizado para converter dose medida para doses equivalentes. A linha verde deste gráfico indica a função de ponderação biológica de como Q está relacionado à forma como a radiação de partículas carregadas de energia deposita-se na água. Esses fatores têm sido utilizados no processo de interpretação das ramificações para futuras missões interplanetárias humanas das medições feitas pelo Radiation Assessment Detector dentro do Mars Science Laboratory da NASA durante a viagem da nave espacial da Terra para Marte em 2011 e 2012.