El fantoma regresa

Matroshka regresa a la Tierra y ha sido elegida como la desafortunada
voluntaria para experimentar la explosión de una llamarada
solar gigante.

Mayo 27, 2009: El fantoma regresa y tiene una gran historia para contar.

Se trata de un torso que tiene forma humana y que carece de brazos y piernas; es un maniquí que pareciera estar envuelto con las telas de una momia. Los científicos de la Agencia Espacial Europea (ESA, en idioma inglés) lo llaman Matroshka y, al igual que su contraparte de la NASA, Fred, este maniquí es un intrépido viajero espacial. Ahora que ha permanecido cuatro meses en la Estación Espacial Internacional, los científicos están aprendiendo sobre la radiación espacial a la que Matroshka estuvo expuesta.

Derecha: El fantoma. [Imagen ampliada]

Las lecciones aprendidas a través de Fred y de Matroshka poseen implicancias importantes para los planes de la NASA relacionados con montar una estación habitada en la Luna, y finalmente el envío de personas a Marte. Proteger a los astronautas de los efectos dañinos de la radiación espacial será un reto crítico en estas misiones de larga duración. Para diseñar trajes espaciales, vehículos y estructuras habitables con suficiente material aislante y mantener a los astronautas a salvo, los científicos de misión necesitan saber cuánta radiación -y de qué tipo- absorben realmente los astronautas.

Los científicos pueden estimar la dosis de esta radiación con el uso de modelos creados por computadora; sin embargo, la realidad y un modelo realizado en una computadora pueden ser cosas extremadamente diferentes. Hasta ahora, los investigadores no estaban seguros de la precisión de sus modelos al momento de predecir las dosis de radiación que los astronautas experimentan en el espacio.

Y es ahí donde el fantoma entra en escena.

Él hizo posible que se llevara a cabo el experimento real que se necesitaba para demostrar que los modelos son esencialmente correctos. A través del análisis de las mediciones de cientos de sensores de radiación colocados en todo el cuerpo de Matroshka, Francis Cucinotta, del Centro Espacial Johnson, de la NASA, en compañía de sus colegas, descubrió que los modelos son, de hecho, bastante buenos: poseen una precisión de alrededor del 10% del valor de la dosis medida. Esto significa un "adelante con los sistemas" respecto del uso de los modelos para la planificación del regreso a la Luna e, incluso, un viaje a Marte, por parte de la NASA.

El tipo de radiación más peligroso al que los astronautas están expuestos son los rayos cósmicos galácticos (Galactic Cosmic Rays o GCR, en idioma inglés). Se trata de núcleos atómicos "desnudos", algunos tan pesados como los átomos de hierro, acelerados a velocidades cercanas a la de la luz por distantes supernovas. Debido a su elevada velocidad, a su alta masa y a la carga eléctrica positiva, las partículas de GCR pueden causar tremendos daños a las células de una persona. Además, los métodos tradicionales para el bloqueo de la radiación no las pueden detener.

Entender el peligro no es tan simple como saber cuánta radiación hay allí afuera.

"Lo que realmente importa es cuánta radiación impacta contra los órganos vitales de una persona", comenta Cucinotta.

Y para alcanzar dichos órganos, las partículas de la radiación deben primero pasar a través de las paredes de la nave espacial, del traje espacial de la persona, de la piel y de otros tejidos del cuerpo. Es muy complejo. Algunas veces, estas barreras reducirán la velocidad, o detendrán por completo a la partícula radiactiva. Sin embargo, en ocasiones, la colisión entre una partícula de radiación y una barrera produce una lluvia de nuevas partículas de radiación, conocida como radiación "secundaria". Los modelos realizados por computadora deben tomar en cuenta todo esto.

Los astronautas de la estación espacial usan sensores en sus trajes de vuelo para registrar la exposición total a la radiación; sin embargo, no hay manera práctica de medir cuánta radiación realmente alcanza los órganos vitales. Fred posee sensores prácticamente en todos lados -incluso en su interior.

Arriba: (Izquierda) El oficial de ciencia John L. Phillips, de la Estación Espacial Internacional, posa para una fotografía al lado de Matroshka, el fantoma de la Agencia Espacial Europea (ESA, en idioma inglés). (Derecha) Los sensores de radiación están colocados en 35 partes distintas del fantoma. Imágenes ampliadas:#1, #2.

Los fantomas se fabrican con un plástico especial que se asemeja en gran medida a la densidad del cuerpo humano y se encuentran rebanados horizontalmente en 35 capas de 2,54 cm (una pulgada) de ancho. En estas capas, los investigadores colocaron un total de 416 dosímetros del tipo litio-cristal, cada uno de los cuales mide la dosis de radiación acumulada en ese punto del cuerpo durante todo el experimento. Fred y Matroshka también contienen varios dosímetros "activos" localizados en el sitio donde se encuentran los órganos vitales, tales como el cerebro, la tiroides, el corazón, el colon y el estómago. Estos sensores activos mantienen un registro de cómo la radiación cambia momento a momento. En conjunto, esta variedad de sensores documentaron detalladamente la propagación de la radiación a través de sus cuerpos.

"La geometría y composición del torso imita al cuerpo humano muy bien", comenta Cucinotta. "Me parece que es una prueba muy buena".

De modo que ahora que estos modelos creados por computadora han sido verificados en la vida real, ¿qué dicen acerca de cómo mantener a los astronautas a salvo en una estación lunar, o en Marte?

"Las misiones lunares de corta duración son aceptables", comenta Cucinotta, "pero vivir en un hábitat lunar durante 6 meses ya comienza a ser problemático. Vamos a tener que hacer un trabajo realmente bueno respecto de la protección contra la radiación, y tal vez tengamos que tomar medidas de índole médica para contrarrestarla si pensamos llevar a cabo misiones de 6 meses de duración".

Los modelos sugieren que Marte será inclusive más complicado. Algunos escenarios requieren misiones de 18 meses o más de duración. "Actualmente, no existe un diseño exitoso que permanezca dentro de los límites de seguridad como para realizar una misión a Marte", comenta Cucinotta. "El poner demasiado material aislante de la radiación alrededor de la nave la haría demasiado pesada como para despegar, de modo que necesitamos encontrar materiales aislantes de la radiación que sean más livianos, y probablemente debemos desarrollar medidas médicas que contrarresten el daño causado a las células por los rayos cósmicos". El científico comenta que uno de los obstáculos más grandes para el progreso en esta área es la "incertidumbre en el tipo de daño celular que ocurre cuando existe exposición a los rayos cósmicos. Aún tenemos mucho que aprender".

Derecha: "Tierras distantes", por Pat Rawlings, artista de la NASA/SAIC. [Más información]

Otra pregunta fundamental: ¿Cómo afectan las llamaradas solares a los astronautas? Fred y Matroshka no han experimentado tormentas intensas de radiación solar durante su estancia en la Estación Espacial Internacional (EEI).

"El espectro de energía de los eventos solares y la manera en la cual las dosis de radiación cambian de un órgano a otro serán bastante diferentes de lo que hemos visto hasta ahora con los rayos cósmicos", comenta Cucinotta.

Para hallar la respuesta, los científicos han recreado la radiación intensa de llamaradas solares gigantes aquí mismo en la Tierra, y Matroshka ha sido elegida como la desafortunada voluntaria para experimentar la explosión. ¡Un astronauta virtual se encuentra a punto de ser sometido a una llamarada solar artificial!

Manténgase en sintonía con Ciencia@NASA para conocer la segunda parte de este artículo, en el cual se explorarán estos nuevos experimentos así como un ejemplo histórico de una llamarada solar extrema que, en 1972, estuvo a punto de impactar contra las misiones Apollo cuyo destino era la Luna.