• 3 Giugno 2022 6:17

SCIENZA & DINTORNI

Divulgazione storica e scientifica – DIRETTORE Fabiana Leoncavallo

Le principali agenzie spaziali mondiali, impegnate a progettare l’ammartaggio del primo equipaggio umano, cercano assiduamente il modo migliore per proteggere gli astronauti dalle radiazioni. In quest’ottica si è scoperto che alcune zone del pianeta rosso sono più riparate di altre.

Quando ci si avventura nello spazio, oltre all’orbita terrestre bassa, dove siamo cullati dal campo magnetico terrestre che ci tiene al riparo da insidie come i raggi cosmici, cercare il modo di proteggere gli equipaggi dalle radiazioni rimane sempre una delle principali preoccupazioni delle agenzie spaziali.

 Ora, nel prossimo decennio, NASA e agenzia spaziale cinese, hanno entrambe in programma di inviare le prime missioni con equipaggio umano su Marte. Ciò consisterà nell’invio di veicoli spaziali da parte di entrambe le agenzie nel 2033, 2035, 2037, e successivamente ogni 26 mesi in concomitanza con Marte in ” Opposizione ” (cioè, quando Terra e Marte sono più vicini nelle loro orbite). L’obiettivo a lungo termine di questi programmi è quello di stabilire una base su Marte che fungerà da hub che ospiterà missioni future, anche se i cinesi hanno dichiarato che intendono la loro base come permanente.

Diverse sono le sfide da vincere per preservare la salute umana in missioni di simile portata. Il tempo di transito Terra-Marte con le tecnologie di propulsione attuale va da sei a nove mesi mentre le operazioni sulla superficie fino a diciotto mesi. In sostanza, gli astronauti dovranno fare i conti con la minaccia di radiazioni elevate per un massimo di tre anni. Pertanto, le strategie di mitigazione dalle esposizioni radioattive devono essere sviluppate con largo anticipo.

Alcune aree sono migliori di altre

In uno studio recente, un team internazionale di scienziati ha condotto un’indagine sull’ambiente marziano – dalle vette del Monte Olimpo ai suoi recessi sotterranei – per scoprire dove la radiazione è più bassa. Le loro scoperte potrebbero fornire dati preziosi alle future missioni su Marte e per la creazione di habitat adeguati alla vita umana sulla sua superficie.

Il team è stato guidato da Jian Zhang, un assistente professore della School of Earth and Space Sciences (ESS) presso l’Università di Scienza e Tecnologia della Cina. A lui si sono uniti i colleghi dell’ESS e del CAS Center for Excellence in Comparative Planetology in Cina, l’Istituto di Fisica Sperimentale e Applicata (IEAP) a Kiel, in Germania, e l’Istituto dei Problemi Biomedici dell’Accademia Russa delle Scienze (RAS) e il Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics (SINP) a Mosca. Il documento che descrive le loro scoperte è apparso di recente sul Journal of Geophysical Research.

Rispetto alla Terra, Marte ha un’atmosfera molto tenue (meno dell’1% della pressione atmosferica) e non esiste una magnetosfera protettiva per schermare la superficie dalle radiazioni solari e cosmiche. Di conseguenza, gli scienziati temono che le particelle nocive, come i raggi cosmici galattici (GCR), possano propagarsi e raggiungere persino il suolo di Marte a danno delle forme di vita.

Tuttavia, il livello di esposizione alle radiazioni dipende dalla densità atmosferica che cambia al variare dell’altitudine. In alta montagna facciamo più fatica respirare perché l’atmosfera è meno densa e più rarefatta e ciò succede anche su Marte. Nelle aree pianeggianti come nel grande canyon di Valles Mariner che con i suoi 4000 km di lunghezza è il più esteso del sistema solare o nel cratere Hellas Planitia, la pressione atmosferica è stimata rispettivamente a oltre 1,2 e 1,24 kPa. Questo è circa il doppio della media di 0,636 kPa e fino a dieci volte la pressione atmosferica in luoghi ad alta quota come l’Olympus Mons (la montagna più grande del Sistema Solare).

Foto satellitare che mostra  Valles Marineris, il canyon più lungo del sistema solare, lungo ben 4000km al cui interno la pressione atmosferica è sensibilmente più alta delle pianure soprastanti

Diversa elevazione significa diverso spessore atmosferico. I luoghi ad alta quota generalmente hanno un’atmosfera più sottile in cima. La radiazione di particelle ad alta energia deve attraversare l’atmosfera per raggiungere la superficie di Marte”, spiega Il Dr. Jingnan Guo, professore presso l’IEAP presso la Christian-Albrechts-University e membro dell’Accademia cinese delle scienze (CAS), coautore e supervisore dello studio “Se lo spessore atmosferico cambia, anche la radiazione superficiale può cambiare. Quindi l’elevazione potrebbe influenzare la radiazione superficiale di Marte“.

A tal fine, mediante l’uso di software probabilistici come l’Atmospher Radiation Interaction Simulator (AtRIS), il team ha considerato l’influenza delle profondità atmosferiche sui livelli di radiazione marziana, elaborando modelli teorici di interazione tra le particelle radioattive e l’atmosfera, ma focalizzandosi molto anche sul suolo.

L’importanza del sottosuolo

I risultati degli esperimenti esplicitati nello studio, hanno determinato che sia il flusso di neutroni che la dose effettiva raggiungono il picco a circa 30 cm (1 piede) sotto la superficie. “Fortunatamente, questi risultati offrono soluzioni per quanto riguarda l’utilizzo della regolite marziana (sedimenti, polvere e frammenti di materiale, che compongono lo strato più esterno della superficie dei pianeti rocciosi come la Terra o Marte e dei corpi celesti come le lune e gli asteroidi) per la schermatura”,  ha detto il dottor Guo “ Per una data soglia della dose annua di radiazioni efficace pesata biologicamente, ad esempio 100 mSv (una quantità spesso considerata come la soglia al di sotto della quale il rischio di cancro indotto dalle radiazioni è trascurabile), la profondità della regolite richiesta varia tra circa 1 me 1,6 m . All’interno di questo intervallo, in un cratere profondo dove la pressione superficiale è maggiore, la necessaria schermatura extra della regolite è leggermente inferiore. Mentre si è in cima al Monte Olimpo, la necessaria protezione aggiuntiva per la regolite è maggiore”.

Rappresentazione artistica di un insediamento su Marte con vista in spaccato. Credito: NASA Ames Research Center

È perciò estremamente probabile, alla luce di queste scoperte che, i futuri habitat degli insediamenti umani su Marte siano costruiti sotto il suolo del pianeta ad una profondità di 1m 1,6 m sotto la superficie. Pertanto, le pianure settentrionali, che costituiscono la maggior parte dell’emisfero settentrionale come Vastitas Borealis e la Valles Marineris sarebbero luoghi molto adatti considerando anche che, queste regioni, hanno abbondante ghiaccio d’acqua appena sotto la superficie.

Costruire con risorse locali

La NASA e altre agenzie spaziali hanno investito molto tempo, energia e risorse per sviluppare progetti di habitat che sfruttano la stampa 3D, l’utilizzo delle risorse in situ (ISRU) e persino la schermatura elettromagnetica per garantire la salute e la sicurezza degli astronauti. Tuttavia, ci sono ancora domande senza risposta sull’efficacia pratica di queste strategie, soprattutto se si considera la quantità di tempo che gli equipaggi trascorreranno sulla superficie marziana.

Il nostro studio può servire a mitigare i rischi di radiazioni quando si progettano futuri habitat marziani utilizzando materiale di superficie naturale come protezione schermante”, ha affermato il dott. Guo. “Ricerche come questa saranno quindi di notevole valore quando i pianificatori di missioni inizieranno a considerare progetti per futuri habitat marziani che si basano su materiale di superficie naturale per fornire protezione dalle radiazioni“.

fonte: univers today

Luca Garbin

Laurea magistrale in economia e finanze internazionale, per anni ho lavorato nel settore assicurativo, coltivando in parallelo la passione per le scienze naturali e sociali oltre che per la scrittura. Nei miei articoli cerco di far avvicinare i neofiti agli argomenti  ed intrigare gli esperti, coadiuvando uno stimolante accrescimento personale

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