Biały kontynent przystankiem w drodze na czerwoną planetę Understand article

Tłumaczyła Magdalena Drej. By przygotować się do misji na Marsa, naukowcy z Europejskiej Agencji Kosmicznej (European Space Agency, ESA)muszą najpierw udać się na Antarktydę.

Dome C, lodowy płaskowyż położony trzy kilometry nad powierzchnią morza i 1000 kilometrów  w głąb Antarkrydy, gdzie panują temperatury rzędu  -60°C,  to jedno z najbardziej odległych i niegościnnych miejsc na Ziemi. Od 2005 roku jest on także domem grupy francusko-włoskich naukowców ze stacji badawczej Concordia^w1.

Surowy klimat stanowi nieustanne wyzwanie dla mieszkającej tam przez cały rok załogi. Na Concordii jest tłoczno podczas krótkiego lata, kiedy to nawet 50 badaczy nazywa ją domem. Jednak po wylocie ostatniego samolotu w sezonie, pod koniec lutego, Concordia zostaje odcięta od świata. Przez kolejne osiem miesięcy podstawowy personel składający się z 12-14 naukowców, inżynierów i pracowników obsługi technicznej,  jest zdany na siebie.

To właśnie izolacja i elstremalne warunki sprawiają, że Concordia jest interesująca dla Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA, zobacz ramkę). Bez opuszczania Ziemi nie da się stworzyć warunków bardziej zbliżonych do tych panujących w trakcie misji kosmicznych. Więc kiedy naukowcy z Concordii zajmują się astrofizyką, glacjologią, sejsmologią i dziurą ozonową, zatrudniony przez Europejską Agencję Kosmiczną badacz obserwuje ich, szukając wskazówek dotyczących tego, jak długa misja kosmiczna może wpływać na fizyczne i psychiczne zdrowie astronautów.

„Jeśli przyjrzeć się zapowiadanym parametrom misji na Marsa” – mówi Oliver Angerer, koordynator badań na stacji Concordia z ramienia Europejskiej Agencji Kosmicznej – „te scenariusze zazwyczaj przewidują nieliczną załogę, nawet mniejszą niż załoga Concordii: większość scenariuszy przewiduje od 4 do 6 członów załogi.”

„Oczywiście, ci ludzie również będą przebywać na ograniczonej przestrzeni, w bardzo surowym środowisku, w próżni kosmosu, gdzie nie ma normalnego cyklu dnia i nocy, gdzie dysponuje się bardzo ograniczonymi zasobami, gdzie trzeba sobie poradzić z każdym pojawiający się problemem za pomocą tych narzędzi, które się ma pod ręką.”

Zainteresowanie Europejskiej Agencji Kosmicznej takim rodzajem scenariusza stanowiło podstawę niedawno przeprowadzonego eksperymentu Mars-500^w2, na potrzeby którego grupa wolontariuszy została zamknięta w symulatorze statku kosmicznego na 520 dni (przewidywany czas trwania wyprawy na czerwoną planetę i z powrotem). Pod kilkoma względami, jak na przykład bardzo mała przestrzeń życiowa czy selekcja członków załogi, eksperyment Mars-500 był bardziej zbliżony do misji kosmicznej niż życie na Concordii. Jednak załoga Marsa-500 nie była narażona na żadne prawdziwe niebezpieczeństwo i prowadziła badania naukowe na zbyt szeroko zakrojoną skalę, niemożliwą do utrzymania podczas misji kosmicznej.

Pod tymi względami Concordia jest bardziej realistyczną analogią podróży kosmicznej. „Prowadząc badania nad podróżą kosmiczną potrzebujemy zarówno symulacji jak i analogii, które wzajemnie się uzupałniają, ich wady i zalety w gruncie rzeczy się odzwierciedlają” – wyjaśnia Oliver.

Mała grupa, która mieszka w stacji Concordia podczas arktycznej zimy, jest niewiele większa od załogi misji kosmicznej, ale presja fizyczna i psychiczna której doświadcza jest niemal tak samo ogromna. Dlatego też nikt nie mieszka w stacji na stałe – członkowie załogi zmieniają się każdego lata.

To samo tyczy się badacza wysłanego przez Europejską Agencję Kosmiczną. Brytyjczyk, doktor Alexander Kumar^w3, przybył na Concordię w styczniu 2012.

Ciągła rotacja członków umożliwiła dokonania kilku ciekawych porównań pomiędzy załogami. Badania pierwszej grupy, która spędzała zimę w stacji w 2005r., ujawniły, że radziła ona sobie lepiej, niż ci, którzy przybyli na stację po nich. Być może dlatego, że ci pierwsi musieli razem pracować przy wykańczaniu budowy i rozruchu stacji. Ten rodzaj wspólnego celu ma ogromne znaczenie dla podtrzymywania morale grupy.

„Pomaga rownież wspólne spożywanie posiłków” – twierdzi Oliver. „Zwłaszcza w czasie trzech miesięcy w środku zimy, gdy nie wschodzi słońce. To coś, co wprowadza pewną rutynę”-  mówi, „zwłaszcza gdy nie ma dnia i nocy.” Wspólne posiłki nie zawsze są jednak możliwe – członkowie załogi są bardzo zapracowani. Wiele badań dotyczy astronomii, a astronomowie często działają według innego planu dnia niż reszta załogi.

W normalnych warunkach zaskakująco duża ilość procesów fizjologicznych i naszych zachowań naśladuje rytm circadialny (okołodobowy); nie tylko sen czy jedzenie, ale także temperatura ciała, ciśnienie krwi, szybkość przemiany materii, rytm potencjałów bioelektrycznych mózgu, czy poziom hormonów. Nasz rytm okołodobowy jest odpowiedzią na regularny cykl światła i jego braku. Brak dostrzegalnego dnia i nocy, to poważny problem z którym mierzy się załoga Concordii i z którym będzie musiała  zmierzyć się załoga misji na Marsa.

Istnieje jednak kilka zaskakująco prostych sposobów, by sobie z tym poradzić. Dla przykładu jeden z eksperymentów przeprowadzonych na stacji Concordia polegał na nieznacznym zmienianiu koloru światła wewnątrz budynków. „Testy wykazały, że pręciki [komórki umożliwiające czarno-białe widzenie] ] i czopki [komórki umożliwiające widzenie kolorów] to nie jedyne receptory światłoczułe znajdujące się w naszych oczach. Jest także trzeci receptor, niezwykle wrażliwy na niebieskie światło^w4”, wyjaśnia Oliver. „Umożliwia on nie tylko widzenie, ale jest też bezpośrednio połączony z ośrodkami w mózgu, które kontrolują nasz rytm okołodobowy^w5”.

Okazuje się, że standardowemu oświetleniu wnętrz, które nam wydaje się białe, brakuje znacznej ilości niebieskiego światła, które nasze mózgi kojarzą z dniem. Nasze ciała nie dostrzegają więc subtelnych wskazówek, które umożliwiają normalne działanie naszego zegara wewnętrznego. Rozwiązanie? Zapewnienie bardziej niebieskiego oświetlenia w tych częściach stacji, gdzie się pracje, a bardziej czerwonego (mniej niebieskiego) w sypialniach. Rezultat? Lepszy sen.

Życie w małej grupie na ograniczonej przestrzeni ma też wpływ na fizyczne zdrowie załogi. Izolacja oznacza, że grupa nie ma kontaktu z infekcjami z zewnątrz, co prowadzi do osłabienia układów odpornościowych jej członków. Jednocześnie, życie na tak zamkniętej przestrzeni oznacza, że członkowie grupy szybko zarażają się nawzajem wszelkimi chorobami. To kolejne podobieństwo pomiędzy życiem na stacji arktycznej a życiem na stacji kosmicznej.

„Gdy się tam przebywa, naprawdę ma się wrażenie, że jest się w warunkach tak zbliżonych do tych panujących na innej planecie, jak to tylko możliwe bez opuszczania Ziemi” – twierdzi Oliver. Po wylocie ostatniego samolotu pod koniec aktycznego lata, Alexandr Kumar przekona się jak bardzo prawdziwe jest to stwierdzenie.

Więcej o Europejskiej Agencji Kosmicznej

Misją Europejskiej Agencji Kosmicznej (European Space Agency, ESA)^w6 jest rozwój europejskiego potencjału kosmicznego oraz zagwarantowanie, że inwestycje w programy badania kosmosu będą dostarczać korzyści obywatelom Europy i świata.

ESA jest członkiem EIROforum^w7, wydawcy Science in School.

Podziękowania

Artykuł jest oparty na wywiadzie, którego doktor Oliver Angerer udzielił redaktor naczelnej Science in School, doktor Eleanorze Hayes.

Web References

• w1 – Dowiedz się więcej o Stacji Stacji Concordia i przeprowadzanych tam badaniach naukowych.
• w2 – Dowiedz się więcej o projekcie Mars-500.
• w3 – Strona internetowa Alexandra Kumara, zawierająca blog i opisująca szczegóły jego pracy.
• w4 – Aby uzyskać więcej informacji o tym, jak ludzkie oko postrzega kolory, zobacz ‘Neuroscience for kids’ na stronie University of Washington (www.washington.edu; szukaj ‘retina kids’) lub użyj bezpośredniego odnośnika: http://tinyurl.com/c3sl9c5
  • Niektóre strony ‘Neuroscience for kids’ są dostępne w językach chińskim, holenderskim, niemieckim, włoskim, japońskim, koreańskim, portugalskim, rosyjskim, serbskim, słowackim, hiszpańskim, telugu, i tureckim.
• w5 – Jeśli chcesz dowiedzieć się czegoś więcej o związku niebieskiego światła z rytmem okołodobowym, przeczytaj artykuł ‘Bring back the night – your health and wellbeing depend on it’ napisany przez profesora Russella Fostera, dostępny na stronie brytyjskiego dziennika Guardian.

  • Posłuchaj wywiadu z profesorem Russellem Fosterem lub ściągnij podcast (‘The science of sleep and circadian rhythms’)..

• w6 – Dowiedz się więcej o Europejskiej Agencji Kosmicznej.
• w7 – EIROforum jest wynikiem współpracy pomiędzy ośmioma największymi europejskimi międzyrządowymi ośrodkami badań naukowych, które dzielą się zasobami, narzędziami, oraz wiedzą, by umożliwić europejskiej nauce wykorzystywanie jej całego potencjału. EIROforum publikuje Science in School w ramach działań na rzecz edukacji.  

Resources

• Przeczytaj blog Eoina Macdonald-Nethercotta, poprzednika Alexandra Kumara.

Institutions

Author(s)

Oli Usher jest pisarzem naukowym. Posiada tytuł magistra historii oraz filozofii nauki. Zajmuje się dziennikarstwem. Obecnie jest rzecznikiem wspólnego projektu NASA i ESA odpowiedzialnego za Kosmiczny Teleskop Hubble’a.

Review

Artykuł wyjaśnia w jaki sposób badanie codziennego życia załogi mieszkającej w stacji badawczej Concordia, która znajduje się na płaskowyżu lodowym w głębi Antarktydy, pozwola naukowcom lepiej zrozumieć wpływ długich podróży kosmicznych na psychiczne i fizyczne zdrowie astronautów.

Artykuł ma ogromny potencjał interdyscyplinarny. Na poziomie gimnazjum, może on posłużyć jako punkt wyjścia do dyskusji o związku pomiędzy nauką, technologią, a społeczeństwem. Uczniowie mogą też stworzyć listę głównych problemów zdrowotnych, o których mowa w artyule i z którymi będą musieli się zmierzyć astronauci podczas misji kosmicznej, a następnie przedyskutować możliwe rozwiązania.

Uważam, że na poziomie liceum, artykuł mógłby być poruszony na biologii. Stanowi odpowiedni punkt wyjścia dla dyskusji o mechanizmach homeostatycznych, oraz o tym, jak czynniki zewnętrzne (takie jak światło) wpływają na funkcjonowanie organizmu człowieka. Uczniowie mogliby również przedyskutować problemy zdrowotne, z którymi będą musieli się zmierzyć astronauci podczas misji kosmicznej. Dyskusję można poszerzyć o problemy nieporuszone w artykule.

Betina da Silva Lopes, Portugalia

License

CC-BY-NC-ND

Download

Download this article as a PDF