NASAのアルテミス計画が人類を月面環境に戻し、スペースXやブルーオリジンズのような民間宇宙飛行会社が人類を火星に送る計画を強化していることにより、人類が火星に足を踏み入れるという見通しはこれまで以上に現実的になったように思われる。
しかし、この不毛の世界へのこれほど長い旅は本当に現実的なのでしょうか?
火星への往復には 3 年かかることもありますが、1 回の旅行で宇宙で過ごした最長時間は 437 日です。 1990年代半ばにロシアの宇宙飛行士ヴァレリー・ポリャコフによって樹立された記録。
この記録にもかかわらず、人々は一般的に移動時間を延長しています。
たとえば、2023 年に NASA の宇宙飛行士フランク ルビオは、一度に 371 日間宇宙で過ごし、アメリカ人による 1 回の宇宙飛行の最長記録を樹立しました。
人間の体は、その独特な大気と重力を備えた地球で進化しました。では、火星への旅行は、私たちの循環器系、脳、骨にどのような影響を与えるのでしょうか?
火星と人体の旅
宇宙は安全な場所です。宇宙飛行士は発がん性放射線を浴び、狭い居住空間に閉じ込められ、限られた食事で生きていかなければなりません。
宇宙ステーションでの平均滞在期間は約 6 か月でした。
ISS 宇宙飛行士を対象に実施された研究では、この比較的短期間の曝露は人体に害を及ぼさないことが示されていますが、宇宙曝露による長期的な影響は不明です。
2016年3月、NASAの宇宙飛行士スコット・ケリーとロシアの宇宙飛行士ミハイル・コルニエンコは、ISSでの340日間の滞在を終えて地球に帰還した。
1年間で彼らの体がどれだけ変化したかを調べるためのテストが行われました。
ケリーさんは帰国直前に同局に対し、「身体的にはとても良い気分だが、家でデータを見ると、私の気持ちよりも重要な影響があるかもしれない」と語った。
「それが理にかなっていれば、あと100日、あるいはもう1年働くこともできますが、家に帰るのが楽しみです。」
ISS での生活は困難ですが、火星への旅行はさらに困難になるでしょう。
このような旅をする宇宙飛行士はより孤立しており、地球上の人々と定期的にコミュニケーションをとることができません。
また、重力、放射線、閉じ込めという 3 つの具体的な課題にも対処する必要があります。
火星旅行の最大の課題
重力
火星へのミッションには 3 つの重力場が含まれます。まず、火星への 6 か月の旅の間、宇宙飛行士は無重力状態になります。
そして、到着すると、地球の約 3 分の 1 の重力の中で生活し、働かなければなりません。
最後に、帰還時には地球の重力に再調整しなければなりません。
重力場の移動と変更は大変な作業です。宇宙飛行士はバランスと空間認識を失い、乗り物酔いに悩まされ、頭と目、手と目の調整に苦労します。
宇宙船を火星に着陸させようとしてこれらすべてを経験することは、実際には非常に危険です。
しかし、危険は病気や混乱だけではありません。無重力環境で生活するということは、体の筋肉の仕事がほとんどなくなり、時間の経過とともに筋肉が弱くなり、劣化してしまうことを意味します。
心臓や肺も酸素を体中に運ぶことができなくなるため、体力の低下を引き起こします。骨密度は毎月 1% 以上減少し、宇宙飛行士は骨粗鬆症を発症するリスクが高まります。
また、重力が存在しないということは、人体の体液が正常に流れず、頭の方に向かって上向きに溜まり、目に圧力がかかり、視力に影響を与えることも意味します。
投獄
使命に対する人間の心理の重要性を過小評価することはできません。 2010年のMars500実験では、モスクワにあるロシア生物医学問題研究所の窓のない小さな部屋に6人が520日間密閉されて過ごした。
そのアイデアは、新鮮な食べ物、新鮮な空気、日光のない孤立した状態での火星へのミッションをシミュレートすることでした。研究の終わりには、乗組員のほとんどが不眠症やその他の睡眠障害に悩まされていました。
狭い空間で他の人と一緒に時間を過ごしすぎると、退屈、ストレス、不安、うつ病につながる可能性があります。
ケリーによれば、彼は一年のほとんどをISSで「電話ボックスほどの大きさの箱」の中で生活し、訓練して過ごしたという。火星に旅行する場合、この空間はさらに小さくなります。
NASAは、精神的に安定し、気さくで、良好な社交スキルを備えた宇宙飛行士のみを選出しますが、研究によると、閉じ込められて孤立した人々ほど、行動障害や精神障害を発症する可能性が高くなります。
昼夜のサイクルが欠けていると、体の自然なリズムが妨げられ、睡眠不足につながる可能性もあります。
日常的な重労働による疲労に加えて、これらすべてが乗組員間の関係の崩壊につながり、ミッションの失敗につながる可能性があります。
また、人間の体内に生息する細菌は、密閉された空間では人の間で簡単に感染します。
これに加えて、窮屈な環境はストレスホルモンの増加を引き起こし、体の免疫防御力を低下させ、同じ細菌に感染しやすくします。
放射線
地球の大気と磁場は、有害な紫外線や電離放射線から私たちを守ってくれます。宇宙では、太陽放射のリスクが高まり、人間の細胞にダメージを与え、DNAを変化させ、がんを引き起こす可能性があります。
また、身体の中枢神経系に影響を及ぼし、吐き気、嘔吐、食欲不振、疲労を引き起こす可能性があります。
ISS では、宇宙飛行士は地球上の 10 倍の放射線にさらされなければなりませんが、ステーションは地球の磁場の内側にあるため、宇宙空間よりもはるかに安全です。
アポロ計画は、宇宙飛行士が地球の保護磁気圏の外にいたのは 10 日間だけだったという事実に依存していました。
しかし、火星に旅行する宇宙飛行士は人間よりも高いレベルの放射線にさらされ、長時間さらされることになります。
それらを保護するには、宇宙船をはるかに大型化し、飛行をより高価かつ困難にするか、より効果的なシールド材料で作る必要があります。
NASA は、十分な保護を提供できる窒化ホウ素水素ナノチューブと呼ばれる構造を研究しています。
ISS の放射線レベルはまだ比較的低いため、宇宙飛行士は線量計を着用して被曝を追跡します。
ただし、火星へのミッションでは、長期にわたる放射線被ばくのリスクの増加を考慮する必要があります。
しかし、長期滞在する宇宙飛行士を放射線から守るためにNASAは他に何ができるでしょうか?
NASA有人探査プログラムの元主任研究員マーク・シェルハマー氏は、「放射線に対する最も効果的な対策が何なのかはまだ分からない」と語った。
「しかし、抗酸化物質や細胞の損傷を修復する薬剤は、我々が注目しているものの一つです」とシェルハマー氏は言う。
クレジット: ESA/NASA
ここで挙げたその他のリスクについては、現時点での最善の対策は運動と食事です。
シェルハマー氏は、「宇宙飛行士はISSで約2時間訓練します。それは筋肉や骨の減少、心血管疾患と戦うのに非常に効果的です」と述べています。精神的な高揚にもなります。
「そして、乗組員が地球上でそれほど多様性がなく、新鮮ではない食べ物で適切な栄養素を提供することが重要です。」
1 つ明らかなことは、火星に住み、火星で働くことは気の遠くなるような挑戦である一方で、宇宙飛行士が火星まで安全に移動できるようにするためには、やるべきことがたくさんあるということです。
宇宙で長い時間を過ごす
スコット・ケリーとミハイル・コルニエンコは、宇宙条件が人体に及ぼす影響をテストすることを目的としたNASAの人体研究プログラムの一環として、スペースシャトルで340日間を過ごした。
両名とも、後の分析のために定期的に血液、尿、唾液のサンプルを収集しました。
彼らは、有酸素能力、手や指を使って細かい動きをする能力、認知機能のいくつかの側面を測定するためのテストを受けました。
科学者たちは帰還後もこれらの特性の測定を続け、ケリーさんとコルニエンコさんの宇宙滞在が地球での回復にどのような影響を与えるかを確認する予定だ。
この研究は、宇宙飛行士がサポートスタッフの助けなしで着陸し、地球上で重労働をしなければならない火星のような目的地へのミッションでは特に重要です。
そして、たとえ火星に到着したとしても、宇宙飛行士は火星でどのように呼吸するのでしょうか？明らかに、今後数年間で答えるべき多くの疑問が残されています。
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