Helt siden astronauter begynte å gå i verdensrommet i lengre tid, har det vært kjent at langtidseksponering for null-tyngdekraft eller mikrogravitet kommer med sin del av helseeffekter. Disse inkluderer muskelatrofi og tap av bentetthet, men strekker seg også til andre områder av kroppen som fører til nedsatt organfunksjon, sirkulasjon og til og med genetiske endringer.
Av denne grunn er det utført en rekke studier ombord på den internasjonale romstasjonen (ISS) for å bestemme omfanget av disse effektene, og hvilke strategier som kan brukes for å dempe dem. I følge en ny studie som nylig dukket opp i International Journal of Molecular Sciences, et team av forskere som finansieres av NASA og JAXA, viste hvordan kunstig tyngdekraft skulle være en nøkkelkomponent i eventuelle fremtidige langsiktige planer i verdensrommet.
Som nevnt er det utført en betydelig mengde forskning for å identifisere og kvantifisere virkningene mikrogravitasjon har på menneskekroppen. Et godt eksempel på dette er Twins-studien utført av NASAs Human Research Program (HRP), som undersøkte effektene på astronauten Scott Kelly etter at han tilbrakte et år ombord på den internasjonale romstasjonen - ved å bruke sin tvillingbror, Mark Kelly, som kontrollen .
Disse og andre studier har bekreftet at eksponering for mikrogravitet ikke bare kan påvirke bentetthet og muskelmasse, men også immunfunksjon, oksygenering i blodet, kardiovaskulær helse og til og med mulige genomiske og kognitive forandringer. I tillegg er syn også noe som kan utføres ved bruk av tid i rommet, noe som er et resultat av mindre sirkulasjon og oksygen som gjør det til okulærvevet.
Faktisk har rundt 30% av astronautene på kortvarige romferge-flyreiser (omtrent to uker) og 60% på langvarige oppdrag til ISS rapportert om en viss svekkelse av synet. Som svar anbefalte professor Michael Delp - dekan ved College of Human Sciences ved Florida State University (FSU) og en medforfatter på papiret - og kollegene hans at kunstig tyngdekraft blir integrert i fremtidige oppdrag.
I årevis, og med støtte fra NASA, har Delps studert påvirkningen mikrogravitasjonen har på astronautsynet. Som han sa i en fersk utgave fra FSU News:
"Problemet er at jo lenger astronautene er i rommet, jo mer sannsynlig er det at de opplever synshemming. Noen astronauter vil komme seg etter endringer i synet, men andre gjør det ikke. Så dette er en høy prioritet for NASA og romfartsbyråer over hele verden. Med denne anvendelsen av kunstig tyngdekraft fant vi at den ikke helt hindret endringer i øyet, men vi så ikke de verste resultatene. "
For å bestemme om kunstig tyngdekraft ville redusere disse effektene, slo Delp sammen med forskere fra Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) i et første samarbeid noensinne. De fikk selskap av professor Xiao Wen Mao (studiens hovedforfatter) fra Linda Loma University, samt medlemmer fra University of Arkansas for Medical Sciences, Arkansas Children’s Research Institute og University of Tsukuba.
Teamet undersøkte deretter endringer i musenes øye, etter at de brukte 35 dager ombord på ISS. Testpersonene besto av 12 ni uker gamle hannmus som ble fløyet fra Kennedy Space Center og innlosjert i musen Habitat Cage Unit (HCU) i JAXA “Kibo” Laboratory på ISS. I løpet av oppholdet ble musene delt i to grupper.
Mens den ene gruppen levde under omgivelsesmikrogravitasjonsforhold, bodde den andre i en sentrifugal naturtypeenhet som produserte 1 g av kunstig tyngdekraft (tilsvarer Jordens tyngdekraft). Fra dette fant forskerteamet at den tidligere gruppen led skade på blodkarene som er viktige for regulering av væsketrykk i øynene.
"Når vi er på jorden, trekker tyngdekraften væske ned mot føttene våre," sa Phelps. “Når du mister tyngdekraften, flytter væsken seg mot hodet. Dette væskeskiftet påvirker det vaskulære systemet i kroppen, og nå vet vi at det også påvirker blodårene i øyet. ”
I tillegg bemerket teamet at proteinuttrykksprofiler også hadde endret seg i musenes øyne som et resultat av mikrogravitet. Til sammenligning opplevde ikke musene som brukte tiden sin i sentrifugen nesten like mye skade på det øyevevet deres. Disse resultatene indikerer at kunstig tyngdekraft, sannsynligvis i form av roterende seksjoner eller sentrifuger, vil være en nødvendig komponent for romoppdrag med lang varighet.
Når begreper går, er ikke bruk av kunstig tyngdekraft i rommet noe nytt. I tillegg til å være et godt utforsket konsept innen science fiction, har romfartsorganer sett på det som en mulig måte å etablere en permanent menneskelig tilstedeværelse i rommet. Et lysende eksempel på dette er Stanford Torus Space Settlement, en hoveddesign som ble vurdert av NASA Summer Study fra 1975.
Som et samarbeid mellom NASAs Ames Research Center og Stanford University, besto dette ti-ukers programmet av professorer, tekniske direktører og studenter som kom sammen for å konstruere en visjon om hvordan folk en dag kan leve i en stor romkoloni. Resultatet av dette var et konsept for en hjullignende romstasjon som ville rotere for å gi følelsen av enten jord-normal eller delvis tyngdekraft.
I tillegg har roterende torus blitt vurdert for romfartøy for å sikre at astronauter på langvarige oppdrag kan begrense tiden deres i mikrogravitasjon. Et godt eksempel på dette er ikke-atmosfærisk universell transport ment for langvarig USA-utforskning (Nautilus-X), et romfartøyskonsept med flere oppdrag som ble utviklet i 2011 av ingeniørene Mark Holderman og Edward Henderson fra NASAs team for teknologianvendelser.
I likhet med tidligere forskning, fremhever denne studien viktigheten av å opprettholde astronauthelse under langvarige oppdrag i verdensrommet, så vel som langturer. Imidlertid kjennetegnes denne studien ved at den er den første i en serie designet for å bedre forstå synssvekkelse blant astronauter.
"Vi håper et fortsatt sterkt vitenskapelig samarbeid vil hjelpe oss med å samle de eksperimentelle resultatene som trengs for å forberede oss på fremtidig bemannet utforskning av verdensrommet," sa Dai Shiba, en seniorforsker for JAXA og en medforfatter på papiret. Mao, hovedforfatteren for studien, indikerte også at hun er håpefull for at denne forskningen vil gå utover romutforskning og ha anvendelser her på jorden:
"Vi håper at funnene våre ikke bare kjennetegner påvirkningen av romfartsmiljø på øynene, men vil bidra til nye kurer eller behandlinger av romflytinduserte synsproblemer, så vel som flere jordforstyrrelser, som aldersrelatert makulær degenerasjon og retinopati."
Det er ingen tvil om at når det gjelder fremtiden for romutforskning, er det mange utfordringer foran oss. Ikke bare trenger vi å utvikle romskip som kan kombinere drivstoffeffektivitet og kraft, vi må redusere kostnadene ved individuelle utskytninger og komme med måter å dempe helserisikoen ved langsiktige oppdrag. Utover virkningene av mikrogravitasjon er det også spørsmålet om langvarig eksponering for sol- og kosmisk stråling.
Og la oss ikke glemme at oppdrag til månens overflate og Mars vil måtte kjempe med langsiktig eksponering for lavere tyngdekraft, spesielt når utposter er bekymret. Som sådan ville det ikke være langt på vei å forestille seg at tori og sentrifuger kunne bli en vanlig del av romutforskningen i nær fremtid!
