Suplementos de filtro solar e cálcio não são suficientes para proteger os viajantes espaciais que se dirigem a Marte da radiação e da falta de gravidade no espaço sideral.

Créditos da imagem: Aaron Chen via Flickr/CC BY 2.0

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Em maio, a SpaceX lançou seu protótipo Starship SN15 a aproximadamente a altitude de cruzeiro de um avião comercial antes de pousar com segurança. A empresa afirma que as versões futuras do foguete poderão levar 100 passageiros de cada vez até a Lua e até Marte.  

Mas, embora uma coisa seja enviar um foguete a Marte, outra é enviar pessoas para lá. E outra coisa é garantir que as pessoas possam estar tão saudáveis quanto eram quando deixaram a Terra. 

Além de estocar combustível, ar, água e comida suficientes para a viagem de sete meses a Marte (e mais para uma viagem de volta se você quiser uma passagem de volta), existem outros luxos que desfrutamos aqui na Terra que a nave terá que fornecer se quisermos permanecer saudáveis durante o longo voo. 

Queimaduras de sol desagradáveis ??e gravidade zero

A atmosfera e o campo magnético da Terra nos protegem da radiação espacial prejudicial, mas os passageiros com destino a Marte perderão essa proteção. Portanto, a nave espacial deles precisaria fornecer algum tipo de proteção contra radiação.

Dependendo de onde vem a radiação, ela pode ser feita de diferentes partículas e ter diferentes energias, o que exigiria diferentes meios de blindagem e representaria diferentes níveis de perigo para nosso DNA sujeito à radiação. Por exemplo, as radiações de partículas energéticas ejetadas do sol se comportam de maneira muito diferente dos raios cósmicos de fora de nossa galáxia. 

Então, quantas vezes mais radiação um astronauta com destino a Marte experimentaria em comparação com a que experimentaria na Terra? 

O suficiente para ser preocupante, de acordo com Athanasios Petridis, físico da Drake University em Des Moines. De acordo com cálculos de sua equipe, as estimativas mais sofisticadas para a exposição à radiação durante uma viagem de ida e volta a Marte está na faixa de vários Sieverts (Sv). Para referência, a US Nuclear Regulatory Commission estabeleceu 0,05 Sv/ano como o limite de dose para trabalhadores expostos à radiação em seus empregos.

O clima solar também desempenha um papel na quantidade de radiação que você obteria no espaço. Por exemplo, o ciclo solar de 11 anos afeta a quantidade de radiação que o sol emite. No entanto, devido à complicada interação entre a radiação gerada pelo sol e os raios cósmicos do espaço sideral, pode não valer a pena cronometrar o lançamento em torno desses ciclos. 

“Existem tantos fatores concorrentes na exposição à radiação que tentar planejar o ciclo solar é como tentar cronometrar o mercado de ações, o que geralmente resulta em perdas”, disse Kerry Lee, analista de radiação da NASA em Houston, Texas.

A falta de gravidade também pode causar estragos no corpo humano, se houver tempo suficiente. Astronautas a bordo de estações espaciais perdem de 1 a 1,5% da densidade mineral em seus ossos que sustentam seu peso a cada mês. Eles também tendem a perder massa muscular, mesmo quando se exercitam tanto quanto fazem na Terra. 

“Existem muitos riscos associados aos voos espaciais. Não acho que isso seja um obstáculo para missões a Marte”, disse Lee. “[A NASA] teve vários membros da tripulação em missões que se aproximavam de um ano no espaço. Além disso, existem contramedidas em vigor que comprovadamente retardam e interrompem a perda de massa muscular e densidade óssea no espaço.”

Uma equipe de graduação de pesquisadores da Drake University, com o nome de projeto de Magneto-Ionization Spacecraft Shield for Interplanetary Travel, ou MISSFIT, está tentando calcular as compensações entre diferentes soluções de engenharia para proteção contra radiação e gravidade artificial. 

“Digamos que se você deseja criar gravidade artificial por meio da rotação, pode querer tornar o raio da espaçonave o maior que puder, mas quanto maior o raio, maior será o campo magnético de que você precisará para proteção contra radiação”, disse Petridis , o líder do projeto para MISSFIT. “Sempre há uma troca.”

O projeto visa proporcionar aos alunos de graduação em física uma experiência valiosa na condução de pesquisas originais. “Tentamos fazer com que seja um projeto muito empolgante, e tudo relacionado a viagens espaciais é empolgante”, disse Petridis. 

Assoalhos em carrossel e escudos de radiação

Sem quaisquer descobertas de nível de ficção científica alucinantes, a única maneira prática de imitar a gravidade em uma viagem a Marte é girando a espaçonave e criando uma força centrípeta. (Você poderia teoricamente acelerar a espaçonave para imitar a gravidade, mas isso significaria estrangular o foguete para fornecer a força G antes de frear uma vez além do ponto médio - uma abordagem completamente impraticável dada a necessidade de combustível.) 

Para a abordagem centrípeta, quanto maior o raio de rotação - talvez na forma de um arco - mais próximo se pareceria com a sensação da gravidade na Terra. Mas também seria mais difícil de lançar e pode exigir montagem no espaço. 

Também será mais difícil fornecer blindagem de radiação suficiente para uma estrutura maior. 

“Quero dizer, você pode envolver toda a espaçonave em chumbo se quiser, mas vai ser muito pesado e completamente impraticável”, disse Keegan Finger, um graduando em física da Drake University. “É por isso que buscamos a blindagem magnética, para tentar economizar peso”.

Finger e seus colegas discutiram seu progresso no projeto na reunião de abril de 2021 da American Physical Society, realizada virtualmente este ano devido à pandemia de COVID-19 em andamento.

“Estamos trabalhando no cálculo dos requisitos de energia para os diferentes tipos de blindagem magnética. Também estamos analisando diferentes configurações do campo magnético, em vez do sistema padrão de dois dipolos”, disse Petridis. A forma do escudo magnético pode ser adaptada para melhor se adequar à configuração do bairro residencial a bordo da espaçonave.

“Também precisamos considerar quais níveis de radiação e quais energias específicas precisamos nos proteger”, disse Will Thomas, outro estudante de física que trabalha para o projeto. Por exemplo, qual combinação de escudos físicos, trajes corporais e campo magnético pode proteger melhor os astronautas dos diferentes tipos de radiação no espaço. 

O projeto está se expandindo para incluir especialistas em biologia para considerar o efeito da gravidade imitada no corpo humano. O objetivo é encontrar uma combinação de estratégias que possam minimizar da melhor forma o risco geral à saúde representado por viagens espaciais profundas.

Pode haver diferenças sutis nas diferentes maneiras de imitar a gravidade, por exemplo, no que diz respeito à intrincada física de nosso sistema cardiovascular. 

“Por exemplo, quais são os efeitos do gradiente de gravidade e da força de Coriolis no fluxo sanguíneo?” disse Petridis. “Olha, nós podemos lidar com a matemática e os cálculos, mas como físicos, não temos ideia de como funciona o sistema cardiovascular, então precisamos que isso seja uma colaboração interdisciplinar. Porque é isso que os problemas do mundo real são, eles são interdisciplinares.”

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Referência:

YIU, Yuen. High Radiation, Low Gravitation: The Perils of a Trip to Mars. Inside Science, 23, jul. 2021. Disponível em: <https://www.insidescience.org/news/high-radiation-low-gravitation-perils-trip-mars>. Acesso em: 29, ago. 2021.