منذ أن بدأ رواد الفضاء في الذهاب إلى الفضاء لفترات طويلة من الزمن ، كان من المعروف أن التعرض طويل المدى للجاذبية الصفرية أو الجاذبية الصغرى يأتي مع حصته من الآثار الصحية. وتشمل هذه ضمور العضلات وفقدان كثافة العظام ، ولكنها تمتد أيضًا إلى مناطق أخرى من الجسم مما يؤدي إلى تناقص وظائف الأعضاء والدورة الدموية وحتى التغيرات الجينية.
لهذا السبب ، تم إجراء العديد من الدراسات على متن محطة الفضاء الدولية (ISS) لتحديد مدى هذه الآثار ، وما هي الاستراتيجيات التي يمكن استخدامها للتخفيف منها. وفقا لدراسة جديدة ظهرت مؤخرا في المجلة الدولية للعلوم الجزيئية ، أظهر فريق من الباحثين الممولين من وكالة ناسا وجاكسا كيف ينبغي أن تكون الجاذبية الاصطناعية مكونًا رئيسيًا لأي خطط مستقبلية طويلة المدى في الفضاء.
كما لوحظ ، تم إجراء قدر كبير من البحث لتحديد وقياس آثار الجاذبية الصغرى على جسم الإنسان. مثال جيد على ذلك هو دراسة التوائم التي أجراها برنامج البحوث البشرية (HRP) التابع لناسا ، والتي بحثت في التأثيرات على جسم رائد الفضاء سكوت كيلي بعد أن أمضى عامًا على متن محطة الفضاء الدولية - باستخدام شقيقه التوأم ، مارك كيلي ، كعنصر تحكم .
أكدت هذه الدراسات وغيرها أن التعرض للجاذبية الصغرى لا يمكن أن يؤثر فقط على كثافة العظام وكتلة العضلات ، ولكن أيضًا على وظيفة المناعة ، وأكسجين الدم ، وصحة القلب والأوعية الدموية ، وحتى التغيرات الجينية والمعرفية المحتملة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن البصر هو أيضًا شيء يمكن أن يتأثر بالوقت الذي يقضيه في الفضاء ، والذي ينتج عن دوران أقل والأكسجين الذي يصل إلى أنسجة العين.
في الواقع ، أفاد حوالي 30٪ من رواد الفضاء في رحلات مكوك الفضاء قصيرة المدى (حوالي أسبوعين تقريبًا) و 60٪ في الرحلات الطويلة إلى محطة الفضاء الدولية ببعض ضعف الرؤية. ورداً على ذلك ، يوصي البروفيسور مايكل ديلب - عميد كلية العلوم الإنسانية بجامعة ولاية فلوريدا (FSU) والمؤلف المشارك في الورقة - وزملاؤه بدمج الجاذبية الاصطناعية في المهام المستقبلية.
لسنوات ، وبدعم من وكالة ناسا ، كان ديلبس يدرس تأثير الجاذبية الصغرى على رؤية رائد الفضاء. كما قال في بيان أخير لـ FSU:
"المشكلة هي أنه كلما طالت فترة بقاء رواد الفضاء في الفضاء ، زاد احتمال تعرضهم لضعف بصري. يتعافى بعض رواد الفضاء من تغيرات الرؤية ، لكن البعض لا يتعافى. لذا فإن هذه أولوية عالية لوكالة ناسا ووكالات الفضاء حول العالم. باستخدام تطبيق الجاذبية الاصطناعية ، وجدنا أنه لم يمنع تمامًا حدوث تغييرات في العين ، لكننا لم نر أسوأ النتائج ".
لتحديد ما إذا كانت الجاذبية الاصطناعية ستقلل من هذه الآثار ، تعاونت Delp مع باحثين من وكالة استكشاف الفضاء اليابانية (JAXA) في أول تعاون على الإطلاق. وانضم إليهم البروفيسور شياو وين ماو (المؤلف الرئيسي للدراسة) من جامعة ليندا لوما ، وكذلك أعضاء من جامعة أركنساس للعلوم الطبية ، ومعهد أركنساس لأبحاث الأطفال ، وجامعة تسوكوبا.
ثم درس الفريق التغييرات في أنسجة العين لدى الفئران بعد أن أمضوا 35 يومًا على متن محطة الفضاء الدولية. تألف أفراد الاختبار من 12 من ذكور الفئران البالغة من العمر تسعة أسابيع والتي تم نقلها من مركز كنيدي للفضاء وإيواءها في وحدة قفص الموائل بالماوس (HCU) في مختبر "كيبو" التابع لوكالة JAXA في محطة الفضاء الدولية. على مدار إقامتهم ، تم تقسيم الفئران إلى مجموعتين.
بينما عاشت إحدى المجموعات في ظروف الجاذبية الصغرى المحيطة ، عاشت المجموعة الأخرى في وحدة الموائل بالطرد المركزي التي أنتجت 1 ز الجاذبية الاصطناعية (ما يعادل جاذبية الأرض). من هذا ، وجد فريق البحث أن المجموعة السابقة عانت من تلف في الأوعية الدموية وهو أمر مهم لتنظيم ضغط السوائل داخل العين.
قال فيلبس "عندما نكون على الأرض ، تسحب الجاذبية السوائل نحو أقدامنا". "عندما تفقد الجاذبية ، يتحول السائل نحو الرأس. يؤثر هذا التحول في السوائل على الجهاز الوعائي في جميع أنحاء الجسم ، ونحن نعلم الآن أنه يؤثر أيضًا على الأوعية الدموية في العين ".
بالإضافة إلى ذلك ، لاحظ الفريق أن ملامح التعبير البروتيني قد تغيرت أيضًا في عيون الفئران نتيجة الجاذبية الصغرى. وبالمقارنة ، فإن الفئران التي قضت وقتها في جهاز الطرد المركزي لم تتعرض لأضرار في أنسجة العين. تشير هذه النتائج إلى أن الجاذبية الاصطناعية ، على الأرجح في شكل أقسام دوارة أو أجهزة طرد مركزي ، ستكون مكونًا ضروريًا للمهام الفضائية طويلة الأمد.
كما تذهب المفاهيم ، فإن استخدام الجاذبية الاصطناعية في الفضاء ليس شيئًا جديدًا. بالإضافة إلى كونها مفهومًا تم استكشافه جيدًا في الخيال العلمي ، فقد نظرت إليه وكالات الفضاء على أنه طريقة ممكنة لتأسيس وجود إنساني دائم في الفضاء. من الأمثلة الساطعة على ذلك مستوطنة ستانفورد توروس الفضائية ، وهو التصميم الرئيسي الذي تم دراسته من قبل دراسة ناسا الصيفية لعام 1975.
كجهد تعاوني بين مركز أبحاث أميس التابع لجامعة ناسا وجامعة ستانفورد ، تألف هذا البرنامج الذي استمر لمدة عشرة أسابيع من الأساتذة والمديرين الفنيين والطلاب الذين اجتمعوا معًا لبناء رؤية لكيفية العيش في يوم ما في مستعمرة فضاء كبيرة. وكانت نتيجة ذلك مفهومًا لمحطة فضائية شبيهة بالعجلة تدور حول الإحساس بالجاذبية الأرضية الطبيعية أو الجزئية.
بالإضافة إلى ذلك ، تم النظر في الحلق الدوراني للمركبات الفضائية للتأكد من أن رواد الفضاء في المهام الطويلة الأمد يمكن أن يحدوا من وقتهم في الجاذبية الصغرى. مثال جيد على ذلك هو النقل العالمي غير الجوي المقصود لاستكشاف الولايات المتحدة المطول (Nautilus-X) ، وهو مفهوم مركبة فضائية متعددة المهام تم تطويره في عام 2011 من قبل المهندسين مارك هولدمان وإدوارد هندرسون من فريق تقييم تطبيقات التكنولوجيا في وكالة ناسا.
كما هو الحال مع الأبحاث السابقة ، تسلط هذه الدراسة الضوء على أهمية الحفاظ على صحة رواد الفضاء خلال الرحلات الطويلة في الفضاء ، وكذلك الرحلات الطويلة. ومع ذلك ، تتميز هذه الدراسة بأنها الأولى في سلسلة مصممة لفهم ضعف البصر بشكل أفضل بين رواد الفضاء.
قال داي شيبا ، كبير الباحثين في وكالة JAXA والمؤلف المشارك في الورقة: "نأمل أن يساعدنا استمرار التعاون العلمي القوي في تجميع النتائج التجريبية اللازمة للتحضير لاستكشاف الفضاء البعيد المأهول في المستقبل". كما أشارت ماو ، المؤلفة الرئيسية للدراسة ، إلى أنها تأمل في أن يتجاوز هذا البحث استكشاف الفضاء وأن يكون له تطبيقات هنا على الأرض:
"نأمل ألا تميز النتائج التي توصلنا إليها تأثير بيئة رحلات الفضاء على العين فحسب ، بل ستساهم أيضًا في العلاجات أو العلاجات الجديدة لمشاكل الرؤية التي يسببها رحلات الفضاء بالإضافة إلى المزيد من الاضطرابات المرتبطة بالأرض ، مثل الضمور البقعي واعتلال الشبكية".
لا شك أنه عندما يتعلق الأمر بمستقبل استكشاف الفضاء ، هناك العديد من التحديات التي تنتظرنا. لا نحتاج فقط إلى تطوير مركبة فضائية يمكنها الجمع بين كفاءة الوقود والطاقة ، بل نحتاج إلى تقليل تكلفة عمليات الإطلاق الفردية والتوصل إلى طرق للتخفيف من المخاطر الصحية للبعثات طويلة المدى. بالإضافة إلى آثار الجاذبية الصغرى ، هناك أيضًا مشكلة التعرض لفترات طويلة للإشعاع الشمسي والكوني.
ودعونا لا ننسى أن المهمات على سطح القمر والمريخ يجب أن تتعامل مع التعرض طويل المدى لانخفاض الجاذبية ، خاصة عندما يتعلق الأمر بالبؤر الاستيطانية. على هذا النحو ، لن يكون من المستحيل أن نتخيل أن توري وأجهزة الطرد المركزي يمكن أن تصبح جزءًا منتظمًا من استكشاف الفضاء في المستقبل القريب!
