La radiación pone en jaque las misiones tripuladas al planeta rojo

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 Esta entrada está publicada originalmente en Naukas y es mi primera colaboración allí. Quiero aprovechar para agradecer a Miguel Artime (Maikelnai’s), Antonio Martínez (Fogonazos), José Cuesta (Inercia Creativa) y Javier Peláez (La Aldea Irreductible) que me hayan dado la oportunidad de formar parte de la mayor plataforma online de divulgación científica en español.

Mars

Nuestro investigador en Marte, el Rover Curiosity, lleva incorporado un laboratorio experimental que haría las delicias de cualquier científico: el Mars Science Laboratory (MSL). Entre sus instrumentos se encuentra el RAD (Radiation Assessment Detector) cuya utilidad, entre otras, es aportar los datos necesarios para calcular la dosis efectiva a la que estarían expuestos los astronautas durante una misión al planeta rojo.  Así pues, los resultados que proporciona sirven como base para estudiar la posible viabilidad de futuras misiones tripuladas y las medidas de protección radiológica que sería necesario implementar para limitar el riesgo de exposición de los tripulantes.

La magnitud radiométrica de medición del RAD es la dosis equivalente, que se define como la energía transferida a la unidad de masa del objeto irradiado, teniendo en cuenta el tipo de radiación incidente (partículas alfa, beta, neutrones, radiación electromagnética, etc…)

Como magnitud equivalente ambiental, según la ICRP (International Comission of Radiation Protection), puede asimilarse a la dosis efectiva que recibirían los astronautas, que aporta información sobre el riesgo de padecer efectos biológicos. La unidad de medida tanto de la dosis equivalente como de la efectiva es el Sievert (Sv) y es igual a J/kg.

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 ORÍGENES DE LA RADIACIÓN EN EL ESPACIO

Las dos principales fuentes de radiación a la que se ven expuestos los astronautas que viajan más allá de la órbita baja de la Tierra, y por tanto, sin la protección del campo magnético terrestre, son los rayos cósmicos (GCR, Galactic Cosmic Rays) y las partículas solares energéticas (SEP, Solar Energetic Particles). Algunas de sus características son las siguientes:

  • Los rayos cósmicos (GCR) están formados por partículas muy penetrantes y energéticas generadas en explosiones de supernovas, y otros sucesos producidos fuera del sistema solar. Están compuestos en su mayor parte por protones, si bien también cuentan con un pequeño porcentaje de partículas alfa (núcleos de He-4) y algunos núcleos pesados altamente ionizados (HZE, High athomic number and high energy).
  • Las partículas solares energéticas (SEP) proceden de fulguraciones o eyecciones de masa coronal. En los sucesos SEP se generan grandes flujos de las mismas, que acostumbran a ser protones aunque también pueden ser partículas alfa o núcleos pesados. En general, sus energías son muy inferiores a las de los GCR. Sin embargo, existen sucesos SEP muy energéticos, cuya irradiación puede causar efectos biológicos de consecuencias letales. Afortunadamente, se producen únicamente una o dos veces en el máximo de actividad de cada ciclo solar que es de 11 años.

Durante el trayecto a Marte, el RAD, que ha contado con el blindaje de la nave y el suyo propio, ha detectado tanto la radiación primaria procedente del espacio como la secundaria generada por la interacción de la radiación primaria con el material de la nave. Un astronauta también se expondría a ambos tipos de radiación, pero contaría con un blindaje personal diferente al del RAD que es extremadamente complejo.

Magnificent CME Erupts on the Sun - August 31

 RIESGOS

La radiación, al interaccionar con la materia viva puede originar cambios moleculares, celulares o muerte celular. En la mayoría de los casos, para bajas dosis, los cambios moleculares se reparan y el efecto de la irradiación es nulo. Sin embargo, si no se da tal reparación, el funcionalismo o la estructura de la célula se ven alterados produciéndose daño celular. En función de la naturaleza del daño originado los efectos biológicos se clasifican en probabilísticos y en deterministas.

Los efectos deterministas aparecen a partir de una dosis umbral, por encima de la cual un número muy importante de células muere o deja de dividirse. Esta pérdida supone una lesión morfológica y funcional para un tejido u órgano. En función del tiempo en el que el daño tarda en manifestarse pueden ser precoces o tardíos. La gravedad de la patología depende de la dosis recibida.

Los efectos probabilísticos, por el contrario, pueden generarse con cualquier dosis. Están asociados a transformaciones celulares que causan enfermedades, normalmente cáncer, tras un largo periodo de latencia. Afortunadamente, la probabilidad de que se produzcan estos efectos depende de la dosis y por tanto, al limitar la exposición se reduce el riesgo. Estos efectos los pueden sufrir tanto las personas irradiadas como sus descendientes. Ahora bien, los efectos hereditarios aún no han sido comprobados en humanos.

Finalmente cabe señalar el importante papel que juega la tasa de dosis (dosis/tiempo) en los efectos biológicos. Las tasas de dosis bajas permiten que se produzca la reparación de las lesiones, evitando la acumulación del daño necesario para que tenga lugar la muerte de la célula o una alteración peligrosa del ADN. Así pues, no solo debe tenerse en cuenta la dosis sino también el tiempo durante el cual se produce la exposición.

RESULTADOS

El pasado 31 de mayo, la revista Science publicó los valores de radiación detectados por el RAD durante los 253 días de travesía a Marte, desde el 6 de diciembre de 2011 hasta el 14 de julio de 2012. La conclusión que se desprende de ellos es que, con los sistemas de propulsión y protección actuales, la irradiación recibida en un trayecto de ida y vuelta se encontraría en torno al límite de dosis que las principales agencias espaciales permiten que sus astronautas reciban durante su carrera profesional.

La dosis equivalente registrada en el trayecto, una vez sumadas las diferentes contribuciones, CGR y SEP,  ha sido de unos 466 mSv, de los cuales sólo un 5% es atribuible a los SEP. Esto es debido a que una gran parte es absorbida por el blindaje y a que el ciclo solar se encontraba en un periodo de baja actividad. Esta fuerte dependencia que presenta la exposición con el periodo del ciclo solar y el  blindaje interpuesto hace evidente que la dosis del pasaje diferiría de este valor en una misión tripulada que no se desarrollase en circunstancias análogas. Aún así, los resultados son representativos de lo que se obtendría en un viaje a Marte en condiciones de baja a moderada actividad solar.

Así pues, a partir de los niveles detectados, se calcula el valor de dosis que le correspondería a la duración prevista para el futuro viaje a Marte. Según establece la NASA, el trayecto más rápido para una misión tripulada gira en torno a los 180 días. Si en ese periodo el blindaje y el ciclo solar fuesen similares a los del RAD, se esperaría recibir una radiación de unos 331 mSv correspondiente a los CGR más una pequeña contribución variable de los sucesos SEP. El viaje de vuelta doblaría el valor a 662 mSv o 0.66 Sv. A partir de este número se estudia la viabilidad de las exploraciones planetarias.

ANÁLISIS

Uno de los principios básicos de la Protección Radiológica es la limitación de dosis, cuya finalidad consiste en minimizar el riesgo de que se produzcan efectos biológicos hasta que este pueda considerarse aceptable para el personal expuesto y la población en general. Para el caso de los astronautas, las diferentes agencias espaciales han fijado valores máximos de dosis que estos no pueden superar en toda su carrera profesional. Si bien no todas las agencias presentan un mismo límite, todos ellos son muy parecidos, situándose alrededor de 1 Sv, que se estima como el valor medio de dosis acumulada, para un adulto, que incrementa en un 5% el riesgo de morir por cáncer radioinducido.

La Agencia Espacial Europea (ESA), la Agencia Espacial Canadiense o la Agencia Espacial Rusa han fijado el límite de dosis en 1 Sv, mientras que la NASA es más restrictiva. Debido a la gran incertidumbre sobre los efectos biológicos asociados a las partículas HZE, ha establecido como límite de exposición aquella dosis que corresponde a  un incremento de riesgo por cáncer radioinducido del 3%. Bajo este criterio tenemos una dosis de unos 600 a 1000 mSV para mujeres y de 800 a 1200 mSv para hombres, que se encuentren entre los 30 y 60 años y no hayan fumado nunca.

Comparando estos valores con los datos estimados para la misión, comprobamos que, en el caso de la NASA se supera el límite mínimo para las mujeres y, en las demás, está demasiado cercano al mismo. No hay que olvidar que los 0.66 Sv sólo corresponden al viaje de ida y vuelta y que también deberá sumarse la exposición a la radiación natural durante la estancia en el planeta rojo. Este dato lo proporcionará el Rover Curiosity en breve, y será crucial para poder llevar a cabo un análisis más fidedigno del riesgo. A su vez, debe tenerse presente que el cuerpo no va a responder igual a una exposición acumulada de 1 Sv a lo largo de toda la carrera profesional de un astronauta que a una irradiación de este mismo valor durante un periodo mucho más reducido.  Además, la frecuencia e intensidad de los sucesos SEP es muy variable pudiendo ser mucho mayores  en otro periodo de tiempo diferente.

Así pues, por el momento, las futuras misiones a Marte de las agencias oficiales, como la de la NASA para la década de 2030, están amenazadas. A este respecto, la experta de la Agencia Espacial Europea Alessandra Menicucci apunta en Materia que “Los 0,6 sieverts están demasiado cerca de los límites para ser considerados aceptables. La ESA nunca aceptaría este nivel de riesgo”

No sucede lo mismo con las aventuras privadas ya que, en palabras de Donald M. Hassler a Materia, principal responsable de la investigación del RAD, “Las misiones privadas no están obligadas a cumplir los límites de las agencias oficiales y por ejemplo Dennis Tito podría enviar astronautas [a Marte] sin necesidad de cumplirlas

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LAS MARCIAVENTURAS

Las dos principales iniciativas privadas son Inspiration Mars y Mars One, y ninguna de las dos tiene desperdicio:

INSPIRATION MARS

El multimillonario Dennis Tito y su mujer, el día 5 de enero de 2018, iniciarán un tour alrededor de Marte que durará 501 días. La nave tendrá unos 16 metros cúbicos y el matrimonio prácticamente no podrá moverse durante  todo el viaje .

Por lo que se refiere a la radiación y a la posibilidad de que una erupción solar cause daños a los tripulantes, los responsables de la misión argumentan que en 2018 el Sol estará en un mínimo de actividad y se reducirá “al mínimo el riesgo de daños”. No obstante, existen otras fuentes de radiación cósmica, frente a las que no se conocen todavía medidas eficaces de protección. Tampoco está clara la elección del tipo de cohete aunque parece que el que tiene más puntos es el cohete privado Flacon Heavy, si por aquel entonces ya se ha desarrollado.

Como respuesta al riesgo de cáncer al que estará sometiendo a sus astronautas, se limitan a comentar que “La tripulación será la que tenga que aceptar y firmar contratos en los que quede claro que tendrán más riesgo de contraer cáncer” al tiempo que añaden que cuentan con sistemas para tratar el cáncer cuando vuelvan a la Tierra. En mi opinión, creo que debería comentárseles que, desafortunadamente, la curación del cáncer no es del 100%.

MARS ONE

Mars One es un proyecto que pretende llevar a cabo la colonización televisada de Marte sin opción de retorno. Tal y como figura en su página, la interacción de la audiencia será total pudiendo decidir sobre la selección de los participantes, los preparativos del viaje y su vida en el planeta rojo. El principal financiamiento del proyecto se pretende conseguir gracias a la presencia continua en los medios de comunicación.

En la página oficial se afirma que “una misión humana a Marte inspirará a generaciones a creer que todo es posible, que todo puede lograrse” (o, en mi opinión, que todo vale). Según los organizadores, la iniciativa servirá para acelerar la comprensión de la formación del sistema solar, los orígenes de la vida y nuestro lugar en el universo.

Se echa en falta un estudio riguroso de los posibles peligros con los que pueden encontrarse los colonizadores y de las soluciones que baraja la organización. Pero, en cualquier caso, la gente no parece necesitarlo ya que más de 78000 personas han solicitado emprender el viaje sin retorno y ser grabados y controlados por los televidentes el resto de su vida.

También sorprende que las iniciativas privadas no tengan que atender a ningún tipo de legislación que les marque unos límites a la hora de poner en riesgo a personas humanas o a provocar destrozos en el planeta Marte. Hasta la fecha había personas que se compraban islas, pero permitir que adquieran un planeta entero, me parece un tanto exagerado.

EL FUTURO

Como se ha comentado, aún nos falta información para poder realizar un análisis más preciso del riesgo. “En unas semanas” según Hassler, se publicarán las niveles de dosis registrados por el RAD durante su estancia en la superficie marciana que los científicos estiman que serán alrededor de la mitad de los recibidos en el trayecto. Pero este valor no mejora demasiado las expectativas, ya que, a pesar de que la dosis de radiación natural marciana fuese baja, los niveles registrados en el viaje ya hacen necesario tomar medidas para poder permitir futuras visitas al planeta rojo.

Una de ellas podría consistir en fijar unos límites de dosis menos restrictivos, permitiendo que el riesgo de muerte supere el 5%. Este porcentaje puede parecer pequeño si se compara con la probabilidad de muerte por cáncer debida a otros agentes pero hay que tener en cuenta que las probabilidades no son independientes sino que debe sumarse el riesgo de muerte por cáncer radioinducido al que puede producirse por otras causas. El peligro, por tanto, de los futuros viajeros a Marte, que también han estado en la Tierra, aumentaría.

Por lo que se refiere a las agencias espaciales, es poco probable que tomen esta opción, pero no ocurre lo mismo con los proyectos privados que sí parecen estar por la labor. En cualquier caso, se decida lo que se decida, deberá estar bien justificado.

Otra posible acción, que ya lleva tiempo investigándose, y que resultaría mucho más favorable, es la implementación de medidas de protección radiológica basadas en dos de los factores que disminuyen la dosis por irradiación externa (fuente externa al cuerpo): el tiempo y el blindaje. La distancia siempre aparece como el tercer factor pero en este caso no es de utilidad dado que las fuentes de radiación están distribuidas por el espacio.

El estudio del blindaje es complejo (fantástico artículo de Eurekablog) ya que algunas de las radiaciones ionizantes, como los CGR son muy energéticas y al interaccionar con los blindajes pasivos actuales generan mayoritariamente neutrones que pueden ser más dañinos. Los materiales más indicados para frenarlos son el agua, el hidrogeno y el plástico, pero ni se utilizan para construir naves espaciales ni pueden detener las partículas más energéticas.  Así pues, se han tenido que investigar otras opciones y la que parece más adecuada es el uso de blindajes activos, es decir, campos magnéticos o electroestáticos. Los magnéticos desvían las partículas cargadas pero la gran intensidad necesaria requeriría potencias eléctricas muy altas. La solución recaería en el uso de superconductores de alta temperatura. Por lo que respecta a los campos electroestáticos, éstos variarían la trayectoria de las partículas por medio de extensas superficies cargadas. Ambos métodos activos están siendo investigados por el NIAC (Instituto  de Conceptos Innovadores y Avanzados ) de la NASA.

El otro factor de reducción de dosis, la disminución del tiempo de exposición, también es objeto de estudio. En palabras del experto del Instituto de Investigación Southwest, Cary Zeitlin: “lo mejor sería desarrollar sistemas de propulsión más rápidos para hacer el viaje más corto”.

A la vista de la situación actual, una cosa parece clara: queda un largo camino por recorrer en la investigación antes de preparar las maletas para ir al planeta rojo y el cuidado de la protección radiológica, no es el menor de los problemas.

 vista de marte

 REFERENCIA

‘Measurements of Energetic Particle Radiation in Transit to Mars on the Mars Science Laboratory’ DOI: 10.1126/science.1235989

Acerca de Laura Morrón Ruiz de Gordejuela

Licenciada en Física por la Universidad de Barcelona y máster en Ingeniería y Gestión de las energías renovables por IL3. Tras años dedicada a la protección radiológica, he encontrado un empleo como directora y editora de Next Door Publishers, que aúna mi pasión por la divulgación científica y los libros. Aparte de esta labor, también ejerzo de divulgadora científica en mi blog «Los Mundos de Brana» —premiado en la VI edición del Concurso de Divulgación Científica del CPAN—, en el podcast para niñas y niños «Crecer soñando ciencia» y en las plataformas «Naukas» y «Hablando de Ciencia». He colaborado en el blog «Desayuno con fotones» y en los podcasts de ciencia «La Buhardilla 2.0» y «Pa ciència, la nostra». Soy miembro y community manager del Grupo Especializado de Mujeres en la Física de la Real Sociedad Española de Física y socia de ADCMurcia, Cienciaterapia y ARP-SAPC. En 2015 tuve el honor de ser galardonada con el premio Tesla de divulgación científica de «Naukas».
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