Il pianeta Marte ci sta chiamando. Almeno, questa è l'impressione che si ottiene esaminando tutte le missioni pianificate e proposte sul pianeta rosso nel prossimo decennio. Con così tante agenzie spaziali che attualmente inviano missioni lì per caratterizzarne l'ambiente, l'atmosfera e la storia geologica, sembra probabile che le missioni con equipaggio siano proprio dietro l'angolo. In effetti, sia la NASA che la Cina hanno chiarito che intendono inviare missioni su Marte entro l'inizio degli anni '30 che culmineranno nella creazione di habitat di superficie.

Per garantire la salute e la sicurezza degli astronauti, sia in transito che sulla superficie di Marte, gli scienziati stanno studiando diversi mezzi di protezione dalle radiazioni. In uno studio recente, un team del Blue Marble Space Institute of Science (BMSIS) ha studiato come vari materiali potrebbero essere utilizzati per modellare strutture radioprotettive. Ciò includeva i materiali portati dalla Terra e quelli che possono essere raccolti direttamente dall'ambiente marziano. Ciò è in linea con il processo di utilizzo delle risorse in situ (ISRU), in cui le risorse locali vengono sfruttate per soddisfare le esigenze degli equipaggi degli astronauti e della missione.

La ricerca è stata condotta da Dionysios Gakis, visiting scholar presso BMSIS e laureato in fisica all'Università di Patrasso, in Grecia. È stato raggiunto dal dottor Dimitra Atri, ricercatore senior presso BMISIS, professore di fisica presso il Center for Space Science presso la New York University di Abu Dhabi e consulente accademico di Gakis. Il documento che descrive le loro scoperte ("Modeling the Effectiveness of Radiation Shielding Materials for Astronaut Protection on Mars") è allo studio per la pubblicazione da Acta Astronautica .

L'ambiente delle radiazioni marziane è significativamente più pericoloso di quello terrestre a causa della sua atmosfera sottile e della mancanza di un campo magnetico planetario. Sulla Terra, le persone nelle nazioni sviluppate sono esposte a una media di 0,62 rad (6,2 mSv) all'anno, mentre la superficie di Marte riceve circa 24,45 rad (244,5 mSv) all'anno e anche di più quando gli eventi solari (ovvero brillamenti solari) verificarsi.

Come ha detto il dottor Atri a Universe Today via e-mail, questa radiazione si presenta in diverse forme:"I raggi cosmici galattici sono costituiti da particelle cariche che sono un miliardo (o più) volte più energetiche della luce visibile. Possono penetrare attraverso la schermatura e causare danni irreparabili a il corpo umano. Inoltre, le tempeste solari a volte possono accelerare le particelle cariche a energie molto elevate (particelle energetiche solari), che possono causare danni comparabili. La quantità di radiazione proveniente dai raggi cosmici è altamente prevedibile, mentre le tempeste solari sono molto difficili da prevedere".

Per il loro studio, Gakis e il dottor Atri hanno studiato le proprietà di vari materiali di schermatura che potrebbero essere trasportati su Marte o raccolti in situ. Questi erano costituiti da materiali comuni nell'industria aerospaziale, come alluminio, polietilene, cicloesano, polimetilmetacrilato, Mylar e Kevlar, e acqua, idrogeno liquido in fibra di carbonio e regolite marziana. Come spiegato da Gakis, hanno valutato ciascuno di questi materiali utilizzando il modello numerico GEANT4, una suite software che simula il passaggio di particelle attraverso la materia utilizzando metodi statistici Monte Carlo.

"Abbiamo costruito un modello computazionale di Marte e misurato la deposizione di energia cosmica all'interno di un ipotetico fantasma umano, che rappresenta un astronauta", ha detto. "Uno scudo di materiale è stato impostato per assorbire parte della radiazione prima di raggiungere l'astronauta. I materiali più efficaci, in termini di protezione dalle radiazioni, erano quelli che lasciavano passare la minor quantità di energia nel corpo dell'astronauta."

I loro risultati hanno indicato che i materiali ricchi di idrogeno (cioè il ghiaccio d'acqua) hanno una risposta prevedibile ai GCR e sono quindi la migliore difesa contro i raggi cosmici. Hanno inoltre scoperto che la regolite ha una risposta intermedia e potrebbe quindi essere utilizzata per una schermatura aggiuntiva, specialmente se combinata con l'alluminio.

Gakis ha detto:"Ad esempio, sebbene l'alluminio non sia risultato efficace come altri materiali, può comunque essere utile per ridurre le dosi di radiazioni e consigliamo di combinarlo con altri materiali. La regolite marziana ha un comportamento simile e il vantaggio di essere un materiale in situ, non richiedendoci di trasportarlo dalla Terra."

La NASA e altre agenzie spaziali stanno valutando diversi progetti, materiali e tecnologie che consentiranno la creazione di habitat sulla luna, su Marte e oltre. In particolare, la NASA e l'Agenzia spaziale nazionale cinese (CNSA) stanno pianificando missioni con equipaggio su Marte nel prossimo decennio, che partiranno ogni 26 mesi (a partire dal 2033) e culmineranno nella creazione di habitat in superficie. Secondo l'analisi di Gakis e del Dr. Atri, questi habitat saranno probabilmente costituiti da una struttura interna modellata utilizzando materiali leggeri trasportati a basso costo dalla Terra.

Nel caso dell'alluminio e della fibra di carbonio, potrebbero essere prodotti in situ utilizzando l'alluminio estratto dalla roccia marziana e il carbonio raccolto dalla sua atmosfera. Questi potrebbero quindi essere schermati utilizzando ghiaccio d'acqua e regolite raccolti localmente, che i robot stamperanno in 3D per creare una sovrastruttura protettiva. Tali habitat consentiranno missioni di lunga durata ben oltre la Terra e potrebbero persino essere un trampolino di lancio per insediamenti umani permanenti nello spazio.

"Le radiazioni sono uno dei tanti problemi che l'umanità deve affrontare per portare a termine con successo l'esplorazione umana del pianeta rosso", ha riassunto Gakis. "Riteniamo che la nostra ricerca sia un altro passo nella comprensione degli effetti devastanti dei raggi cosmici nell'ambiente marziano e nella pianificazione di strategie di mitigazione efficaci per future missioni con equipaggio su Marte". + Esplora ulteriormente

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