Proč nemohou lidé letět na Mars (1) – záření

Obchodníci se sny manipulující veřejným míněním předstírají, že se lidstvo brzo vydá na cestu k Marsu. Ať je jejich motivace jakákoliv (peníze, moc, sláva), jedno mají společné – ignorují neřešitelné problémy cesty k Rudé planetě 

Sluneční a kosmické záření

Prvním a zároveň likvidačním rizikem výpravy na Mars je kosmické záření a sluneční vítr. Naše úroveň technologie proti nim nenabízí žádnou nebo jen slabou ochranu.

Kosmické záření

Tzv. kosmické záření se skládá z vysoce energetických částic a jader lehkých i těžkých atomů, stejně jako rentgenového a gama záření. Vytváří se ve vesmíru při kolapsu velice hmotných hvězd. Kosmické záření má relativně stabilní hodnotu, protože pochází z obrovského množství jednotlivých vzdálených zdrojů. Nepříjemný je fakt, že je kromě toho schopno také silně kolísat – a to při výbuchu některé z bližších hvězd.

Sluneční vítr

Sluneční vítr se vytváří, jak už jeho jméno napovídá, naší vlastní centrální hvězdou, Sluncem. Skládá se z proudu protonů, elektronů a atomů helia. Jeho úroveň je sice dlouhodobě stabilní, přesto ohrožuje okolí Slunce krátkodobými odchylkami. Výrony hmoty z aktivních oblastí slunečního povrchu vyvolávají tzv. sluneční bouři. Je pak už jen otázkou štěstí, jestli kosmickou loď zasáhnou nebo minou.

Odstínění záření

Záření se dá odstínit dvěma způsoby. Jednak pomalým brzděním částic, při kterém se naopak urychlují elektrony atomů, ležících v jejich drahách. Tento druh stínění je typický pro atmosféry planet. Ochranný materiál je řídký a musí mít velice silnou tloušťku.

Druhým způsobem je neelastická kolize s jádry atomů hmoty. Tento způsob odstínění sice nevyžaduje extrémně silné vrstvy ochranného materiálu, pro změnu ale v sobě skrývá jisté nebezpečné vedlejší účinky.

Vzniká při něm tzv. brzdné záření, sekundární záření, které může mít na živou hmotu paradoxně ještě horší účinky, než původní záření. Vysoce energetické záření může našimi těly proletět, aniž by v nich muselo nutně kolidovat s atomy, ze kterých se těla skládají. Brzdné záření nemá tolik energie,  vniká přesto hluboko do tkání a tam zaniká . Způsobí přitom daleko více škod, protože na rozdíl od vysoce energetického záření (které tělem jen proletí) dochází k předání energie tkáni.

Ale vždyť už do vesmíru létáme! Proč najednou vadí nějaké záření?

Slovo „vesmír“ je někdy používáno v nesprávném kontextu. Lidé sice „do vesmíru“ létají, zdržují se například na oběžné dráze kolem Země v orbitální stanici.

Ve skutečnosti toto místo ale není opravdovým vesmírem. Orbitální stanice, například ISS se zdržují v pásmu, které je proti naprosté většině záření chráněno magnetickým polem Země. Lidé na oběžné dráze jsou sice vystaveni vysoce energetickému kosmickému záření, před velice nebezpečným slunečním větrem jsou ale ochráněni.

Pokud kdy lidé toho ochranné pásmo opustili, pohybovali se v nechráněné oblasti jen několik  málo dní (cesta na Měsíc).

Dlouhodobá pozorování

Odhadnout intenzitu záření,  které bude škodit kosmonautům cestou na Mars, je velice těžké. Přesto ale máme k výpočtu efektivní dávky záření několik záchytných bodů.

Někteří ruští kosmonauti se  v průběhu své kariéry zdržovali na oběžné dráze kolem Země stejně dlouho, jako by mohla trvat mise k Rudé planetě. Byli tedy pod dlouhodobým vlivem kosmického záření. Dávka, kterou dostali, sice zvýšila jejich riziko onemocnění rakovinou, zdá se ale, že je celkem akceptovatelná. Úroveň kosmického záření je v blízkosti Marsu podobná, jako blízko Země.

Když budeme vycházet z údajů, nasbíraných na oběžné dráze Země v orbitální stanici ISS, mohla by posádka během dvou a půl ročního letu absorbovat efektivní dávku kolem 300 – 1200 milisievertů.

Co ale počít se slunečním větrem? Díky dnešnímu pozorování Slunce o něm máme obrovské množství informací. Přesto zůstává víceméně nevypočitatelné riziko, které stoupá tím víc, čím je mise kosmonautů delší.

Nejsilnější registrovaná sluneční erupce, která se udála v roce 1972 by odpovídala efektivní dávce 10 Sv, několikrát přesahující akutní smrtelnou dávku. Na její odstínění na rozumnou a „jen dlouhodobě nebezpečnou“ dávku by byla potřeba hliníková stěna, silná 30 cm. Stavba kosmického plavidla s tloušťkou stěn 30 cm je zatím technicky nemyslitelná.

Následky ozáření

Následky intenzivního ozáření jsou více než drastické. Poškodí mozek, sníží mentální schopnosti posádky. V extrémních případech by se mohlo jednat o totální výpadek akceschopnosti.

I kdyby měla posádka kosmické lodi štěstí a vyhnula se větším slunečním bouřím, hrozí jí pořád ještě dlouhodobé následky ozáření. Je to riziko onemocnění rakovinou, zničení kostní dřeně. Silné ozáření dokonce může způsobit vnitřní krvácení, na které postižená osoba během několika týdnů zemře.

O tom, jak intenzivní a nebezpečný může být sluneční vítr, svědčí škody, které občas napáchá větší sluneční bouře dokonce i na povrchu Země, chráněné magnetickým polem. V roce 1989 způsobila jedna z nich výpadek zásobování elektřinou v kanadském Quebecku, v roce 2004 způsobil výron na Slunci výpadek různých satelitů na zemské orbitě.

Mars je sice Slunci vzdálenější – i na něm ale umí být sluneční vítr nebezpečný. Prokázal to stejný výron, jaký v roce 2004 poškodil pozemské satelity. Vyřadil z provozu přístroj s poetickým jménem MARIE, který měl měřit úroveň záření na palubě satelitu Mars Odyssey, kroužícího kolem Marsu.

Ani na povrchu Marsu není situace o moc lepší. Marsu chybí magnetické pole. Ani jeho atmosféra nenabízí téměř žádné odstínění, je totiž tak řídká, že její vliv odpovídá jen 10 centimetrům pozemské atmosféry.

Včasné varování – východisko z nouze?

Slunce dnes sleduje síť satelitů. Monitorují jeho aktivitu a mohou proto s určitým předstihem varovat před oblaky nabitých částic, které se ubírají naším směrem.

Stejně jako varují před sluneční bouří satelity naši Zemi, mohly by varovat i posádku kosmické lodi cestou na Mars. Zůstává ale otázka, jak kosmonauty v případě nouze ochránit. Kovový trup lodi poskytuje jen minimální ochranu. Lehký a často používaný kov, hliník, je spíše kontraproduktivní. Vysoce energetické záření v něm vyvolává vznik radiaktivních izotopů, které nakonec způsobují ještě větší biologické škody než původní vysoce energetické částice. Jiné kovy se zatím při stavbě kosmických lodí neosvědčily.

Voda – nejen k pití a sprchování

Vysoce energetické částice, například protony, se dají nejlépe odstínit látkami, které obsahují hodně vodíku. Nejlepším stínícím materiálem tedy nejsou těžké a husté kovy, jak by se mohlo na první pohled zdát. Jedním z takových dostupných a levných  materiálů, které obsahují vodík, je voda. 

Ta by se dala použít k odstínění jak cestou k němu, tak na povrchu Marsu. Vodu budou kosmonauti potřebovat ke svému životu stejně, jako vzduch.

Dnešní úroveň techniky dovoluje vodu sice recyklovat, nezvládne to ale stoprocentně. Ztrácíme tak několik litrů vody na den a na osobu. Ztráty se při cestě na Mars budou pohybovat v jednotkách tun. Pokud bude posádka vodu používat na pití a vlastní potřebu a zároveň jako materiál, který má odstínit sluneční vítr, musí mít tedy s sebou vodu v takovém množství, aby se vyrovnaly její ztráty.

Další problém, spojený s použitím vody jako ochranného materiálu spočívá v jejím skupenství. Voda v kapalném stavu ráda mění svůj tvar. Ve stavu beztíže si teče, kam se jí zachce. Aby chránila před slunečním větrem, musela by se nacházet na té straně kosmické lodi, která je právě přikloněna Slunci. Vyžadovalo by to technologii,  která ji spolehlivě a přitom jednoduše koncentruje do patřičné sekce lodi.

Na Marsu by se mohly využít vodní štíty bez větších problémů, mohly by se umístit na střechu obydlí.

Plastové odstínění

Jiným druhem ochranného materiálu by mohl být jednoduchý plastik, jakým je například polyetylen. Plasty mají oproti vodě jednu výhodu: v případě, že ochranné panely provrtá mikrometeorit, nedojde k žádným dalším znatelným škodám. Tank s vodou by se naopak proděravěl a voda by začala unikat.

Hydrazin

Další chemickou sloučeninou, používanou v kosmonautice je raketové palivo hydrazin. Hydrazin obsahuje vodík a dusík. Vodíku je v něm 12,5 procenta. I on by se tedy dal použít jako ochranný štít proti  záření, pokud bude hydrazinu na palubě kosmické lodi dostatečné množství.

Magnetické pole

Nápadů a teorií, jak by se mohla posádka proti slunečnímu větru ochránit, je daleko více. Ani jeden ale není dnes použitelný v praxi – chybí nutná technologie. Je tomu tak i v případě použití magnetického pole. To by mohlo částice slunečního větru od lodě odklánět. Potřebnou intenzitu pole ale zatím neumíme vytvořit. Navíc by magnetické pole rušilo elektronické přístroje na palubě lodi.

Příliš silná sluneční aktivita

Všechny zmiňované možnosti odstínění slunečního záření platí jen pro jeho mírnou formu, kterou vysílá Slunce ve své klidnější fázi. Proti slunečním bouřím je každá ze zmiňovaných technologií bezmocná. Lety na Mars jsou tedy principiálně možné jen v době umírněné sluneční aktivity.

Příliš slabá sluneční aktivita

Ale ani v takovém období nemá posádka lodi vyhráno. Silný sluneční vítr totiž naopak chrání sluneční soustavu před vysoce energetickým kosmickým zářením. Maximum galaktického záření tedy zaznamenáváme v době, kdy má sluneční vítr nejnižší hodnotu. Posádka, která může být v relativnímm bezpečí ohledně slunečního větru je o to více vystavena vysokoenergetickému kosmickému záření.

Pobyt na Marsu

Dalším nevyřešeným detailem zůstává otázka ochrany kosmonautů přímo na povrchu Marsu. Pokud se budou zdržovat jen ve svém obydlí, odstíněném vodou nebo marsovskou horninou, nebude jim asi hrozit moc velké nebezpečí z ozáření. Takový pobyt by ale byl samoúčelný a asi jen velice neuspokojivý. Představte si, že musíte strávit 18 měsíců v těsné kabině. I kdyby patřila jen vám, je tato vyhlídka velice nepříjemná.

Lidé poletí na Mars proto, aby na něm pracovali a objevovali jeho tajemství, ne proto, aby se schovávali v temné podzemní noře. Budou potřebovat odpovídající odstínění pro svá vozidla, která je budou dopravovat na místa, kde budou vykonávat svou práci. Ochrana marsovských vozidel je zatím dalším nevyřešeným oříškem.

Příště: Proč nemohou lidé letět na Mars – délka letu a beztíže