Kozmik ışınların sağlık tehdidi

Kozmik ışınlarının sağlık tehdidi, Galaktik kozmik ışınların ve solar enerji parçacıklarının Van-Allen Kuşakları veya dış Dünya'nın manyetosferinde gerçekleşen gezegenler arası görevler ya da herhangi bir görev sırasında astronotlar üzerindeki tehdididir . Galaktik kozmik ışınlar (GCRler), yüksek enerjili proton (%85), helyum (%14) ve diğer yüksek enerji çekirdeklerinden (HZE iyonları) oluşur. Solar enerji parçacıklarının büyük bir kısmı, Güneş püskürtüleri ve taçküre kütle atımları sırasında oluşan yüksek enerjili protonlardan oluşur. Bu tehditler İnsanlı uzay uçuş programının gezenegenler arası seyahat planları önündeki en büyük engellerdendir.
Ekim 2015'te, NASA Genel Müfettiş Ofisi Mars'ta insan görevi de dahil olmak üzere, uzay araştırmalarıyla ilgili bir sağlık tehlikesi raporu hazırladı.

İnsan sağlığı etkileri

Uzay radyasyonunun potansiyel ağır ve kronik sağlık etklileri, diğer iyonlaştırıcı radyasyon tehşirleri gibi, DNA üzerindeki doğrudan hasarının yanı sıra çeşitli reaktif oksijen üretimi sayesinde dolaylı bir etki de taşır. Yüksek radyasyon dozlarının ağır (ya da erken radyasyon) etkileri vardır ve bunlar genellikle solar parçacık etkinliklerinden sonra meydana gelir. Uzay radyasyonunun benzer kronik etkileri arasında tahmini karsinojenez ve belirleyici dejeneratif doku etkileri de vardır. Ancak, bu güne kadar uzay radyasyonu astronotlar arasında sadece yüksek radyasyon kataraktı riski oluşturmuştur. 
Sağlık tehdidinin bağlı olduğu etkenler akı, enerji kuşağı ve radyasyonun nükleer yapısıdır. Akı ve enerji kuşağını çeşitli faktörler belirler: kısa süreli solar hava durumu, uzun süreli eğilimler (1950lerden beri süregelen görünür artış gibi), ve Güneş'in manyetik alanındaki konum. Bu faktörler henüz tam olarak anlaşılamamıştır. 2001'de başlayan Mars Radyasyon Ortamı Deneyi (MARIE) bu konuda daha çok veri elde etmek amaçlıdır. Yapılan tahminlere göre gezegenler arası alanda bulunan korumasız bir insan yaklaşık 400 ile 900 mSv (Dünya'da yaklaşık olarak 2.4mSv) arası, ve Mars görevinde (12 aylık uçuş ve 18 ay Mars) korumalı astronotlar yaklaşık 500 ile 1000 mSv radyasyona maruz kalabilir.  Bu dozlar kariyer limiti olan ve Milli Radyasyon Korunması ve Ölçümü Konseyi tarafından alçak Dünya yörüngesi için önerilen  1-4 Sv ye yakındır.
Kozmik ışınların sayısal biyolojik etkileri fazla bilinmemekte ve araştırılmaya devam etmektedir. Birçok deney, uzayda ve Dünya'da, tehlikenin büyüklüğünü değerlendirmek için sürdürülmekte. 2007'de Brookhaven Milli Laboratuvarının NASA Uzay Radyasyonu Laboratuvarı bölümünde yapılan deneylerde radyasyon teşhirlerinin hasar miktarının daha önceden tahmin edilenin yarısı kadar olduğu tespit edildi: özellikle, düşük enerjili protonların yükseklere kıyasla daha fazla hasara sebep olduğu anlaşıldı. Bu durum daha yavaş parçacıkların vücuttaki moleküllerle etkileşime girebilmesi için daha fazla süreye sahip olmasıyla açıklandı. Etkilenen hücrelerin enerji birikimi arttığı ve tümör olarak çoğalamadan öldüklerinden bu durum uzay seyahayi açısından kabul edilir bir durum olarak yorumlandı. Sonuç olarak, radyasyon üzerindeki güncel inanç, düşük enerjili radyasyonların insan üzerindeki teşhiri tümör oluşumu açısından daha riskli olduğu yönünde.  
ISS yıl boyu görevinin bir kısmı da kozmik ışınların Uluslararası Uzay İstasyonunda geçecek bir yılın ardından oluşturacağı sağlık etkisini değerlendirmektir.

Merkezi sinir sistemi

Varsayalım ki merkezi sinir sistemi üzerindeki erken ve geç etki NASA için büyük bir problem ve aktif bir araştırma konusu. Uzay seyahati sırasında, merkezi sinir sisteminin galaktik kozmik radyasyonuna maruz kalmasının kısa ve uzun dönemli sonuçları arasında çok ciddi sinirsel tehlikeler bulunmakta. Mars veya Ay görevlerinde maruz kalınan proton ve ikincil radyasyon gibi yüksek enerjili ağır iyonların tahminlere göre tüm vücuda etki etmesi için gereken doz 0.17-1.0 Sv üzeri. Bu parçacıkların yüksek düzgün enerji transferi potansiyelleri düşünüldüğünde, sinirsistemini etkileyen radyasyon sebebiyle etkilenen hücrelerin büyük bir kısmının ölmesi muhtemel. Uzay uçuşları sırasında çeşitli hücre modelleriyle yapılan deneylerle hesaplanan ağır iyon akışı, bu seyahatlerde astronotların hücrelerinin yaklaşık %5 'inin ölebileceğini gösteriyor. 3 yıllık bir Mars görevinde, kritik beyin bölgelerindeki hücrelerinin yaklaşık %13'ünün içinden seyahat boyunca ağır iyonlar geçmesi mümkün. Birçok Apollo astronotu parlama gördüklerini belirtti, ancak bu durumun biyolojik mekanizmaları henüz tam olarak bilinmiyor. Benzer yolculuklar ağır iyonların retinal fotoreseptörlerle etkileşimler ve camsı cisimde gerçekleşen parçacık etkileşimleriyle oluşan Çerenkov ışıması içeriyor. Bu fenomen Dünya'da çeşitli kurumlar ve bilim adamları tarafından birçok kez taklit edildi. En uzun Apollo uçuşlarının süreleri iki haftadan kısa olduğundan, astronotların maruz kaldığı radyasyon seviyelerinin radyasyon karsinojenezi oluşturma ihtimali düşüktür. Üstelik, sadece 24 astronot olduğundan, sağlık etkilerinin istatistiksel analizini yapmak da sorunlu.
31 Aralık 2012'de, NASA-desteki bir çalışma insanlı bir uzay uçuşunun astronotların beynine hasar verebileceğini ve Alzheimer hastalığının oluşumunu hızlandıracağını belirtti. Bu araştırma birçok anlamda problem oluşturucu, deneyde fareler üzerine teşhir edilen radyasyon miktarı normal görevler sırasında maruz kalınan radyasyon miktarlarına oranla çok fazla olması bu problemlerden yalnızca biri.

İlaçlar

Başka bir araştırma alanı ise, vücudun doğal bir şekilde radyasyon hasarlarını onarma kapasitesini taklit edebilecek ya da geliştirebilecek ilaçlar üretmektir. Dikkate alınan ilaç çeşitlerinden biri de retinoidler, bunlar antioksidanlı vitaminlerdir ve zararlı mutasyonların kendilerini çoğaltmasından önce vücuda durumu düzeltmesi için zaman tanıyan, hücre bölünmesini bozan moleküllerdir.  

Görevleri zamanlama

Kozmik ışınların astronutlar üzerindeki potansiyel negatif etkileri sebebiyle gelecek uzay seyahatlerinde solar etkinlikler etkili olabilir. Solar aktivitelerin yüksek olduğu sırasında galaktik kozmik ışını akısı düşük olduğundan, solar maksimum sırasında yapılan bir uzay seyahati astronotların averaj doz alımını azaltacaktır.
Taçküre kütle atımı sırasında Forbush azalması etkisi geçici olarak galaktik kozmik ışınlarının akısını azaltsa da, etkinin kısa süreli olması (1-3 gün) ve CME'nin tehlikeli solar proton etkinliği üretme ihtimali yaklaşık %1 olduğundan, görev zamanlama esnekliğini kısıtlıdır. 

Orbital seçimi

Dünya'nın radyasyon kuşaklarından kaynaklanan radyasyon dozajları, bu radyasyondan kaçınan ya da içinden göreceli olarak hızlı geçen yörüngeler ile azaltılır, örneğin; alçak Dünya yörüngesi, meyili düşük olduğundan genellikle iç kuşağın altındadır.  
Dünya-Ay sistemi yörüngeleri  Lagrange noktaları L₂ ve L₅  bunları Dünya'nın manyetosfer korumasının dışına yaklaşık üçte iki defa çıkarır.
Dünya-Güneş sistemi yörüngeleri Lagrange Noktaları L₁ ve L₃ - L₅ her zaman Dünya'nın manyetosfer korumasının dışındadır.