Ein mathematisches Modell, das von Weltraummedizinern der Australian National University (ANU) entwickelt wurde, könnte verwendet werden, um vorherzusagen, ob ein Astronaut sicher zum Mars reisen und seine Missionspflichten erfüllen kann, wenn er den Roten Planeten betritt.
Das ANU-Team simulierte die Auswirkungen einer längeren Exposition gegenüber der Schwerelosigkeit auf das Herz-Kreislauf-System, um festzustellen, ob der menschliche Körper die Gravitationskräfte des Mars – die nicht so stark sind wie auf der Erde – tolerieren kann, ohne in Ohnmacht zu fallen oder einen medizinischen Notfall zu erleiden, wenn er aussteigt ein Raumschiff.
Das Modell könnte verwendet werden, um die Auswirkungen von Kurz- und Langzeit-Raumflügen auf den Körper zu bewerten, und könnte als ein weiteres wichtiges Puzzleteil bei der Unterstützung der Landung von Menschen auf dem Mars dienen.
Dr. Lex van Loon, ein Forschungsstipendiat der ANU Medical School, sagte, obwohl mit Reisen zum Mars mehrere Risiken verbunden sind, sei die größte Sorge die längere Exposition gegenüber Mikrogravitation – nahe der Schwerelosigkeit –, die in Kombination mit der Exposition gegenüber schädlicher Strahlung von der Sonne, könnte „grundlegende“ Veränderungen am Körper hervorrufen.
„Wir wissen, dass es etwa sechs bis sieben Monate dauert, um zum Mars zu reisen, und dies könnte dazu führen, dass sich die Struktur Ihrer Blutgefäße oder die Stärke Ihres Herzens aufgrund der Schwerelosigkeit infolge einer Weltraumreise in der Schwerelosigkeit verändern“, Dr. van Loon, der auch der Hauptautor des Papiers ist, sagte.
„Mit dem Aufstieg kommerzieller Raumfahrtagenturen wie Space X und Blue Origin gibt es mehr Platz für reiche, aber nicht unbedingt gesunde Menschen, um ins All zu gehen, also wollen wir mathematische Modelle verwenden, um vorherzusagen, ob jemand fit ist, um zum Mars zu fliegen.“
Die Astrophysikerin und Notfallmedizinerin Dr. Emma Tucker sagte, dass eine längere Exposition gegenüber der Schwerelosigkeit dazu führen kann, dass das Herz träge wird, weil es nicht so hart arbeiten muss, um die Schwerkraft zu überwinden, um Blut durch den Körper zu pumpen.
„Wenn Sie auf der Erde sind, zieht die Schwerkraft Flüssigkeit in die untere Hälfte unseres Körpers, weshalb manche Menschen feststellen, dass ihre Beine gegen Ende des Tages anschwellen. Aber wenn Sie in den Weltraum gehen, verschwindet diese Schwerkraft, was bedeutet, dass sich die Flüssigkeit in die obere Hälfte Ihres Körpers verlagert und das eine Reaktion auslöst, die dem Körper vortäuscht, dass es zu viel Flüssigkeit gibt“, sagte Dr. Tucker.
„Infolgedessen fangen Sie an, viel auf die Toilette zu gehen, Sie fangen an, überschüssige Flüssigkeit loszuwerden, Sie fühlen sich nicht durstig und Sie trinken nicht so viel, was bedeutet, dass Sie im Weltraum dehydrieren.
„Aus diesem Grund sieht man Astronauten in den Nachrichten vielleicht ohnmächtig werden, wenn sie wieder einen Fuß auf die Erde setzen. Dies ist ein ziemlich häufiges Ergebnis der Raumfahrt, und je länger Sie im Weltraum sind, desto wahrscheinlicher ist es, dass Sie zusammenbrechen, wenn Sie die Erde betreten Rückkehr zur Schwerkraft.
„Der Zweck unseres Modells ist es, mit großer Genauigkeit vorherzusagen, ob ein Astronaut sicher auf dem Mars ankommen kann, ohne in Ohnmacht zu fallen. Wir glauben, dass es möglich ist.“
Aufgrund einer Kommunikationsverzögerung bei der Weiterleitung von Nachrichten zwischen Mars und Erde müssen Astronauten in der Lage sein, ihre Aufgaben zu erfüllen, ohne sofortige Hilfe von Hilfsmannschaften zu erhalten. Dr. van Loon sagte, dass dieses Fenster der Funkstille je nach Ausrichtung von Sonne, Erde und Mars in seiner Umlaufbahn unterschiedlich sei, aber mindestens 20 Minuten dauern könne.
„Wenn ein Astronaut ohnmächtig wird, wenn er zum ersten Mal aus dem Raumschiff steigt, oder wenn es einen medizinischen Notfall gibt, ist er niemand auf dem Mars, der ihm helfen kann“, sagte Dr. van Loon.
„Deshalb müssen wir absolut sicher sein, dass der Astronaut flugfähig ist und sich an das Gravitationsfeld des Mars anpassen kann. Sie müssen in diesen entscheidenden ersten Minuten mit minimaler Unterstützung effektiv und effizient arbeiten können.“
Das Modell verwendet einen Algorithmus, der auf Astronautendaten basiert, die bei früheren Weltraumexpeditionen, einschließlich der Apollo-Missionen, gesammelt wurden, um die Risiken zu simulieren, die mit Reisen zum Mars verbunden sind.
Obwohl die für die Parameter des Modells verwendeten Weltraumdaten von gut ausgebildeten Astronauten mittleren Alters stammen, hoffen die Forscher, seine Fähigkeiten zu erweitern, indem sie die Auswirkungen längerer Weltraumreisen auf relativ ungesunde Personen mit bereits bestehenden Herzerkrankungen simulieren. Dies würde den Forschern ein ganzheitlicheres Bild davon liefern, was passieren würde, wenn ein „normaler“ Mensch ins All reisen würde.
Die Arbeit der Forscher wird in der Zeitschrift veröffentlicht npj Mikrogravitation.
Lex M. van Loon et al, Computational modelling of orthostatic intolerance for travel to Mars, npj Mikrogravitation (2022). DOI: 10.1038/s41526-022-00219-2