Laboratorium multimedialne ESA/ATG
Instrumenty znajdujące się na pokładzie sondy Trace Gas Orbiter (TGO) misji ExoMars pomogły naukowcom ustalić, że astronauci mogą odbyć tylko jedną podróż na Marsa bez znaczącego ryzyka dla zdrowia. Jak wynika z artykułu opublikowanego w czasopiśmie, głównym zagrożeniem jest wysoki poziom promieniowania związanego z galaktycznym promieniowaniem kosmicznym Ikar .
Wysoki poziom promieniowania uważany jest za jedną z głównych przeszkód w załogowych wyprawach na Marsa. W szczególności dane z instrumentu RAD znajdującego się na pokładzie łazika Curiosity, zebrane podczas lotu na czerwoną planetę, wykazały, że podczas podróży człowiek może otrzymać dawkę promieniowania porównywalną z maksymalną dopuszczalną - około 0,66 siwerta, z czego 95 proc. z galaktycznych promieni kosmicznych, a tylko 5 procent – z promieniowania słonecznego. Podobne wyniki uzyskano w 2014 roku podczas obserwacji na orbicie Księżyca przy użyciu detektora promieni kosmicznych CRaTER zainstalowanego na pokładzie sondy LRO. Jak wykazały jego pomiary, ryzyko nowotworu wśród astronautów po 500-dniowym locie na Marsa wzrośnie o 4-5 proc.
Igor Mitrofanov i jego koledzy z Instytutu Badań Kosmicznych Rosyjskiej Akademii Nauk, Instytutu Problemów Biomedycznych Rosyjskiej Akademii Nauk oraz Instytutu Badań i Technologii Kosmicznej Bułgarskiej Akademii Nauk doszli do podobnych wniosków, analizując zebrane dane przez moduł dozymetryczny Lyulin-MO zainstalowany na pokładzie rosyjsko-europejskiej sondy TGO, październik 2016 r. Moduł jest częścią rosyjskiego detektora neutronów FREND i podobnie jak czujnik RAD na pokładzie Curiosity był włączony przez większość czasu, jaki sonda spędziła podczas lotu na czwartą planetę Układu Słonecznego.
„W czasie sześciomiesięcznej misji na Marsa i powrotu na Ziemię załoga statku kosmicznego otrzyma około 60 procent maksymalnej dawki promieniowania, jakiej można by się spodziewać w ciągu całej kariery astronauty lub astronauty, gdyby lot miał odbywać się w okresie zmniejszonego aktywności słonecznej” – czytamy w artykule.
Urządzenie FREND z modułem dozymetrycznym Lyulin-MO
Zebrane dane wykazały, że poziom promieniowania w przestrzeni kosmicznej był o około 20 procent wyższy niż podczas lotu Curiosity. Naukowcy przypisują tę rozbieżność faktowi, że poziom aktywności Słońca w tym okresie był minimalny, co zwiększało częstotliwość „ostrzeliwania” sondy i wszystkich planet promieniami kosmicznymi z ośrodka międzygwiazdowego. Coś podobnego zarejestrowała sonda LRO podczas dwóch ostatnich minimów słonecznych.
Astronauta podróżujący na Marsa przez około rok otrzyma średnio około 0,7 siwerta promieniowania jonizującego (około 73 rentgenów). Astronauci na pokładzie ISS otrzymują około 0,3 siwerta rocznie, podczas gdy na Ziemi roczna dawka otrzymywana przez człowieka wynosi około 2,4 milisiwerta. Jak pokazują obliczenia naukowców, jedna podróż na Marsa najszybszą trasą „pochłonie” nieco ponad połowę maksymalnej całkowitej dawki promieniowania, na jaką zezwalają astronautom podczas całej ich kariery.
Co ciekawe, poziom promieniowania na orbicie Marsa był jeszcze wyższy, a poziom promieniowania w dużej mierze zależał od tego, czy planeta osłaniała ExoMarsa przed wiatrem słonecznym.
Pomiarów na samej powierzchni planety nie przeprowadzili jeszcze europejscy i rosyjscy naukowcy – Mitrofanow i jego współpracownicy planują je przeprowadzić za pomocą dozymetru Lyulin-ML, który zostanie zainstalowany na platformie lądowania europejskiego łazika Pasteura, teraz w NPO Ławoczkin.
Siergiej Kuzniecow
Ryzyko narażenia człowieka na promieniowanie na Marsie nie jest tak duże, jak wcześniej sądzono, ale nowe wyniki uzyskane przez łazik Curiosity sugerują, że nie stanowi to już przeszkody w długoterminowych misjach załogowych na Czerwoną Planetę.
W wyniku misji, która będzie składać się ze 180 dni podróży w jedną stronę (na Czerwoną Planetę lub z powrotem na Ziemię) i 500 dni spędzonych na samym Marsie, człowiek otrzyma całkowitą dawkę promieniowania wynoszącą 1,01 siwerta, czyli wynik pomiarów przeprowadzonych przez detektor promieniowania łazika Radiation Assessment Detector (RAD).
Europejska Agencja Kosmiczna ograniczyła dopuszczalną dawkę promieniowania, jaką astronauci otrzymują podczas całej swojej pracy, do 1 siwerta – ryzyko wystąpienia nowotworów złośliwych wzrasta natomiast o 5%.
„To z pewnością rozsądna liczba” – powiedział dyrektor RAD Don Hassler z Southwest Research Institute w Boulder i główny autor badania opublikowanego 9 grudnia w czasopiśmie Science.
Dawka promieniowania wynosząca 1 siwerta otrzymana na Marsie przekracza istniejące standardy NASA, które ograniczają zwiększone ryzyko raka u astronautów do trzech procent. Jednakże limity te zostały ustalone dla misji mających odbywać się na niskiej orbicie okołoziemskiej i wkrótce mogą zostać zmienione, aby uwzględnić loty na większe odległości, powiedział Hassler.
„NASA współpracuje z Instytutem Medycyny Narodowej Akademii Nauk, aby ocenić, jakie byłyby akceptowalne granice dla lotów kosmicznych na duże odległości, takich jak misja na Marsa” – powiedział Hassler.
Nowe wyniki zapewniają najpełniejszy jak dotąd obraz środowiska radiacyjnego w drodze na Marsa i na powierzchni Czerwonej Planety. Obejmują one dane zebrane przez RAD w ciągu 8 miesięcy podróży kosmicznych na Marsa i podczas pierwszych 300 dni na planecie, począwszy od sierpnia 2012 r.
Pomiary RAD wychwytują dwa różne rodzaje emisji cząstek energetycznych – galaktyczne promienie kosmiczne, które są przyspieszane do niewiarygodnych prędkości w wyniku odległych eksplozji supernowych, oraz energetyczne cząstki słoneczne, które są wyrzucane w przestrzeń kosmiczną przez burze występujące na Słońcu.
Dane RAD pokazują, że astronauci badający powierzchnię Marsa będą otrzymywać codziennie dawkę równą około 0,64 milisiwerta. Podczas podróży na Marsa poziom promieniowania będzie około trzykrotnie wyższy – 1,84 milisiwerta dziennie.
Hassler podkreśla jednak, że środowisko radiacyjne Marsa jest dynamiczne, dlatego pomiary Curiosity nie są rozstrzygające. Na przykład dane RAD zebrano podczas szczytu 11-letniego cyklu aktywności Słońca, czyli czasu, gdy strumień galaktycznego promieniowania kosmicznego jest stosunkowo niski (ponieważ plazma słoneczna zazwyczaj rozprasza promienie słoneczne).
Pomiary wykonane przez Curiosity powinny pomóc NASA zaplanować załogową misję na Marsa, którą agencja kosmiczna planuje wystrzelić w połowie lat 30. XXI wieku. Dostarczają także informacji pomocnych w poszukiwaniu oznak życia na Czerwonej Planecie w teraźniejszości lub przeszłości – co jest kolejnym z głównych zadań postawionych przed NASA.
Hassler stwierdza na przykład, że nowe odkrycia RAD sugerują, że znalezienie oznak życia na powierzchni Marsa będzie trudne. „Te pomiary mówią nam, że oznaki przeszłego życia na planecie można znaleźć na głębokości około 1 metra” – mówi Hassler.
Curiosity ma na pokładzie instrument RAD do pomiaru intensywności narażenia na promieniowanie. Podczas lotu na Marsa Curiosity zmierzył promieniowanie tła, a dziś naukowcy współpracujący z NASA wypowiadali się na temat tych wyników. Ponieważ łazik leciał w kapsule, a czujnik promieniowania znajdował się w jej wnętrzu, pomiary te praktycznie odpowiadają tłu promieniowania, jakie będzie obecne w załogowym statku kosmicznym.
Wynik nie jest inspirujący – równoważna dawka pochłoniętego promieniowania jest 2 razy większa niż dawka ISS. I cztery - ten, który jest uważany za maksymalny dopuszczalny dla elektrowni jądrowej. 
Oznacza to, że sześciomiesięczny lot na Marsa odpowiada w przybliżeniu 1 rokowi spędzonemu na niskiej orbicie okołoziemskiej lub dwóm w elektrowni jądrowej. Biorąc pod uwagę, że całkowity czas trwania wyprawy powinien wynieść około 500 dni, perspektywy nie napawają optymizmem.
W przypadku ludzi skumulowane promieniowanie o wartości 1 siwerta zwiększa ryzyko raka o 5%. NASA pozwala swoim astronautom kumulować w ciągu swojej kariery ryzyko większe niż 3%, czyli 0,6 siwerta. Biorąc pod uwagę, że dzienna dawka na ISS wynosi aż 1 mSv, maksymalny okres przebywania astronautów na orbicie jest ograniczony do około 600 dni w ciągu całej ich kariery.
Na samym Marsie promieniowanie powinno być około dwukrotnie mniejsze niż w kosmosie, ze względu na atmosferę i znajdujące się w niej pyły, czyli tzw. odpowiadają poziomowi ISS, ale dokładne wskaźniki nie zostały jeszcze opublikowane. Ciekawe będą wskaźniki RAD w dni burz piaskowych – dowiemy się, jak dobry jest pył marsjański w roli osłony radiacyjnej.
Teraz rekord przebywania na orbicie okołoziemskiej należy do 55-letniego Siergieja Krikalewa - ma on 803 dni. Ale zbierał je sporadycznie - w sumie wykonał 6 lotów w latach 1988-2005. 
Urządzenie RAD składa się z trzech krzemowych płytek półprzewodnikowych, które pełnią rolę detektora. Dodatkowo posiada kryształ jodku cezu, który służy jako scyntylator. Podczas lądowania RAD jest ustawiony tak, aby był skierowany w stronę zenitu i przechwytywał pole 65 stopni. 
W rzeczywistości jest to teleskop radiacyjny, który wykrywa promieniowanie jonizujące i naładowane cząstki w szerokim zakresie. 
Promieniowanie w przestrzeni kosmicznej pochodzi głównie z dwóch źródeł: ze Słońca podczas rozbłysków i wyrzutów koronalnych oraz z promieni kosmicznych, które powstają podczas wybuchów supernowych lub innych wysokoenergetycznych zdarzeń w naszej i innych galaktykach. 
Na ilustracji: oddziaływanie „wiatru” słonecznego i magnetosfery ziemskiej.
Promienie kosmiczne stanowią większość promieniowania podczas podróży międzyplanetarnych. Odpowiadają za część promieniowania wynoszącą 1,8 mSv dziennie. Tylko trzy procent promieniowania zgromadzonego przez Curiosity ze Słońca. Wynika to również z faktu, że lot odbył się w stosunkowo spokojnym czasie. Ogniska zwiększają dawkę całkowitą i zbliżają się do 2 mSv dziennie.
Szczyty występują podczas rozbłysków słonecznych.
Obecne środki techniczne są bardziej skuteczne w walce z promieniowaniem słonecznym, które ma niską energię. Można na przykład wyposażyć kapsułę ochronną, w której astronauci będą mogli ukryć się podczas rozbłysków słonecznych. Jednak nawet 30-centymetrowe aluminiowe ściany nie ochronią przed międzygwiezdnym promieniowaniem kosmicznym. Ołowione prawdopodobnie pomogłyby lepiej, ale to znacznie zwiększyłoby masę statku, a co za tym idzie, koszt jego wystrzelenia i rozpędzenia.
Najskuteczniejszym sposobem minimalizacji narażenia na promieniowanie powinny być nowe typy silników, które znacznie skrócą czas lotu na Marsa i z powrotem. NASA pracuje obecnie nad elektrycznym napędem słonecznym i nuklearnym napędem termicznym. Pierwszy może teoretycznie przyspieszać nawet 20 razy szybciej niż nowoczesne silniki chemiczne, ale przyspieszenie będzie bardzo długie ze względu na niski ciąg. Urządzenie z takim silnikiem ma zostać wysłane do holowania asteroidy, którą NASA chce przechwycić i przenieść na orbitę Księżyca w celu późniejszej wizyty astronautów.
Najbardziej obiecujące i zachęcające zmiany w napędzie elektrycznym prowadzone są w ramach projektu VASIMR. Ale aby podróżować na Marsa, panele słoneczne nie wystarczą - będziesz potrzebować reaktora.
Jądrowy silnik cieplny wytwarza impuls właściwy około trzy razy większy niż nowoczesne typy rakiet. Jego istota jest prosta: reaktor podgrzewa gaz roboczy (prawdopodobnie wodór) do wysokich temperatur bez użycia utleniacza, czego wymagają rakiety chemiczne. W takim przypadku granicę temperatury ogrzewania określa jedynie materiał, z którego wykonany jest sam silnik. 
Ale taka prostota powoduje również trudności - ciąg jest bardzo trudny do kontrolowania. NASA stara się rozwiązać ten problem, ale nie uważa rozwoju nuklearnych systemów napędowych za priorytet.
Zastosowanie reaktora jądrowego jest obiecujące także pod tym względem, że część energii mogłaby zostać wykorzystana do wytworzenia pola elektromagnetycznego, które dodatkowo chroniłoby pilotów przed promieniowaniem kosmicznym oraz przed promieniowaniem własnego reaktora. Ta sama technologia sprawiłaby, że opłacalne byłoby wydobywanie wody z Księżyca czy asteroid, czyli jeszcze bardziej pobudziłoby komercyjne wykorzystanie kosmosu.
Chociaż obecnie jest to nic innego jak rozumowanie teoretyczne, możliwe, że taki schemat stanie się kluczem do nowego poziomu eksploracji Układu Słonecznego.
Curiosity zbadał poziom promieniowania na powierzchni Marsa i wykazał, że w przybliżeniu odpowiada on poziomowi promieniowania na niskiej orbicie okołoziemskiej, gdzie drut od dawna był
Curiosity zbadał poziom promieniowania na powierzchni Marsa i wykazał, że jest on w przybliżeniu taki sam, jak poziom promieniowania na niskiej orbicie okołoziemskiej, gdzie ludzie spędzają długie okresy czasu, np. na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.
Wizyta na Marsie nie staje się jednak mniej niebezpieczna, gdyż lot będzie trwał dość długo, a trzeba jeszcze spędzić trochę czasu na Czerwonej Planecie i wrócić na Ziemię.
W przeciwieństwie do naszej planety Mars nie ma magnetosfery lub jest tak słaby, że można pominąć jego wpływ na jakiekolwiek obiekty. Ale to magnetosfera przede wszystkim chroni Ziemię przed znaczną częścią promieniowania, przepuszczając głównie cząstki neutralne (fotony, neutrina i niektóre inne) i zatrzymując lwią część naładowanych cząstek. Jednak Mars ma atmosferę. I chociaż jest cienki i raczej rzadki, nadal zapewnia pewną ochronę przed promieniowaniem.
Don Hassler, jeden z operatorów Curiosity, powiedział, że jest to pierwszy w historii ludzkości pomiar sytuacji radiacyjnej na jakiejkolwiek planecie innej niż Ziemia. Dodał, że astronauci mogliby żyć w takim środowisku. To wielkie szczęście, że Mars w ogóle ma taką atmosferę. Ściśle mówiąc, na Księżycu znajduje się atmosfera, ale jest ona tam tak słaba, że można ją zignorować i utożsamić ze składnikiem gazowym przestrzeni kosmicznej. Na Marsie nie można ignorować wpływu atmosfery – podkreślił Hassler.
Stacja pogodowa łazika marsjańskiego również ujawniła wiele na temat fali upałów. Faktem jest, że Słońce podgrzewa atmosferę Marsa po stronie zwróconej w stronę Słońca. W rezultacie ciśnienie spada i rozszerza się. Z drugiej strony dominuje chłód, przez co atmosfera tam się kompresuje, staje się rzadsza i opada.
Gdy Mars obraca się wokół własnej osi, wybrzuszenie cieplejszego powietrza przemieszcza się wraz ze stroną Słońca ze wschodu na zachód. Wszystko to potwierdził Curiosity, mierząc zmiany ciśnienia gazów atmosferycznych w ciągu dnia. Zaobserwował także sprzężenie wahań poziomu naładowanych cząstek wchodzących w skład wiatrów słonecznych i galaktycznych. Spadek promieniowania przenikliwego zbiegł się ze wzrostem ciśnienia atmosferycznego. Oznacza to, że gdy atmosfera gęstnieje, naładowane cząstki w mniejszym stopniu docierają do powierzchni Marsa. Zatem powietrze marsjańskiej atmosfery nadal w pewnym stopniu pełni funkcję ochronną.
Naukowcy nie są jeszcze gotowi oszacować tzw. dziennej dawki promieniowania osób przebywających na Marsie w przyszłości. Wiadomo jednak, że będzie on znacznie niższy niż poziom promieniowania zarejestrowany przez tę samą Curiosity podczas jej lotu międzyplanetarnego. Jak twierdzą eksperci kosmiczni, właśnie w tym tkwi główny problem. Przecież podczas trzyletniej podróży na Czerwoną Planetę (tam i z powrotem) astronauci mogą otrzymać około siedem razy więcej promieniowania niż ci, którzy w tym samym okresie mieszkają na ISS.
Skumulowana dawka promieniowania jonizującego zwiększa ryzyko rozwoju nowotworów złośliwych i innych konsekwencji. Faktem jest, że te cząstki, które mają wystarczająco silną energię i dosłownie uderzają w ludzkie ciało, są w stanie zamienić atomy naszego ciała w jony, a nawet wytrącić je z „należnych” miejsc. To niebezpieczne skutki promieniowania zjonizowanego. Dlatego agencje kosmiczne ustalają rygorystyczne limity czasu spędzanego w przestrzeni kosmicznej. Dlatego konieczna jest znajomość zarówno poziomu promieniowania w przestrzeni kosmicznej, jak i poziomu promieniowania na Marsie.
Ciekawostka musi jeszcze ustalić, w jakim stopniu Mars jest podatny na rozbłyski słoneczne, które mają również poważny wpływ na Ziemię. Dlatego eksperci NASA uważają, że początkowo na Marsie będą budowane podziemne kolonie, a roboty będą głównie wychodzić na powierzchnię.
Amerykańscy naukowcy przedstawili pierwszy szczegółowy raport na temat promieniowania na powierzchni Marsa. Opierano się na danych zebranych w ciągu pierwszych trzystu dni misji przez detektor oceny promieniowania (RAD) zainstalowany na łaziku Curiosity.
Wyniki opublikowane w czasopiśmie Science pokazują, że promieniowanie radioaktywne, choć stwarza zagrożenie dla zdrowia astronautów, wciąż nie kładzie kresu planom lotów załogowych.
Promieniowanie na Marsie jest znacznie ostrzejsze niż na Ziemi z dwóch powodów. Po pierwsze, nie ma globalnego pola magnetycznego pokrywającego Ziemian. Po drugie, zbyt cienka warstwa atmosfery zapewnia niewielką ochronę przed promieniowaniem słonecznym, ale jest bezużyteczna przed promieniowaniem kosmicznym.
Średnio narażenie na promieniowanie radioaktywne na powierzchni planety odpowiada dawce 0,67 milisiwerta. To prawie trzykrotnie mniej niż dawka 1,8 milisiwerta, którą RAD rejestrował codziennie podczas lotu międzyplanetarnego.
Podczas pierwszych ośmiu miesięcy pracy łazika RAD wykrył jeden potężny rozbłysk promieniowania związany z rozbłyskiem słonecznym, a także trzy „spadki” spowodowane wyrzutami koronalnymi w przestrzeń międzyplanetarną, co zapewniło ekranowanie magnetyczne przed promieniowaniem kosmicznym.
„Nadal monitorujemy warunki promieniowania w całym cyklu słonecznym i skutki głównych burz słonecznych. Pomiary te dostarczają nam ważnych informacji do planowania przyszłych wypraw” – powiedział główny badacz RAD Don Hassler z Republiki Południowej Afryki w komunikacie prasowym NASA -Western Instytut Badawczy w Boulder.
Oczekuje się, że wyprawa na Czerwoną Planetę potrwa 860 dni, z czego 180 dni spędzimy na lataniu w każdym kierunku, a Ziemianie spędzą kolejne 500 dni na powierzchni planety. Podczas lotu załogowego dawkę promieniowania można zmniejszyć za pomocą.
Według ekspertów całkowita dawka promieniowania, jaką otrzymają podróżujący w kosmos podczas całej podróży, wyniesie około jednego siwerta. Dawka ta nie jest uważana za śmiertelną, ale zwiększa ryzyko zachorowania na śmiertelne formy raka o co najmniej 5%.
Należy pamiętać, że zgodnie z obowiązującymi przepisami amerykańskiej agencji kosmicznej NASA ryzyko wystąpienia takich chorób w ciągu całej kariery astronautów nie powinno wzrosnąć o więcej niż 3%. Jednakże istniejące standardy zostały zaprojektowane do działania na niskiej orbicie okołoziemskiej i oczywiście wymagają dostosowań w przypadku lotów długodystansowych.
NASA i Instytut Medycyny (IOM) prowadzą obecnie badania mające na celu opracowanie wytycznych i ograniczeń dotyczących wypraw na inne planety, zwłaszcza na Marsa.
Oprócz czysto praktycznego znaczenia dla przyszłych wypraw, nowe badania rzucają światło na tę kwestię. Poziom promieniowania na powierzchni planety sugeruje, że organizmy drobnoustrojowe nie mogłyby przetrwać w górnych warstwach gleby, dlatego w odwiertach należy szukać śladów istniejących lub przeszłych form życia.