Spazio e Scienze

Colonizzazione di Marte e problemi di salute

Questo è il terzo di una serie di contenuti relativi a problemi e soluzioni legati alla colonizzazione di Marte. Dopo il problema delle radiazioni e quelli pratici legati al viaggio, oggi esploreremo la prima delle incognite che dovranno affrontare gli astronauti quando sbarcheranno sul Pianeta Rosso: gli effetti collaterali sulla salute.

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Oltre agli aspetti pratici del viaggio e della permanenza su Marte, ci sono una serie di inconvenienti ed effetti collaterali che non sono tangibili o palesemente visibili a occhio nudo, ma che possono avere conseguenze molto pesanti nel tempo. Ci riferiamo ai problemi di salute.

Nel primo episodio di questa serie abbiamo descritto per sommi capi il problema delle radiazioni e ricapitolato velocemente le potenziali conseguenze sulla salute: si va da effetti transitori come un maggiore rischio di malattie cardiovascolari, l'induzione di cataratta, ansia, depressione, disturbi alla memoria e possibilità di danni al sistema nervoso centrale che possono persistere anche a lungo dopo la conclusione del viaggio, per arrivare a danni permanenti come un aumentato rischio a lungo termine di contrarre il cancro, danni genetici, e persino la morte.

Come abbiamo visto quello delle radiazioni è un leitmotiv che fa da comunque denominatore a qualsiasi aspetto della colonizzazione marziana si vada ad esaminare, per questo ha un'importanza indiscutibilmente prioritaria. Come se non bastasse non è l'unica possibile minaccia per la salute.

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Partiamo dal viaggio. Abbiamo visto nella scorsa puntata quanto potrebbe durare e come potrebbero essere le navicelle spaziali. Non è solo una questione meramente ingegneristica, perché la scelta che alla fine verrà adottata avrà un impatto non indifferente sulla salute degli astronauti.

Problemi psicologici

Sotto l'aspetto psicologico, restare confinati per mesi in uno spazio ristretto con poche persone può essere deleterio per la salute mentale. Le agenzie spaziali effettuano severe selezioni del personale, che mirano a scegliere persone pazienti e portate per il lavoro di gruppo. Ma questo non basta.

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Mars500

È stato evidente quando fra il 2007 e il 2011 si svolse in Russia la simulazione Mars500 che coinvolse sei persone scelte dall'Agenzia Spaziale Europea (ESA) e da quella russa Roscosmos. Restarono chiuse per 520 giorni in un simulatore di pochi metri quadrati, con l'obiettivo di raccogliere informazioni utili in caso di una missione marziana, sotto il profilo biomedico e psicologico. Fra gli aspetti monitorati vi furono stress, valori ormonali, risposte del sistema immunitario, qualità del sonno, umore.

Durante il suo svolgimento i partecipanti dovevano simulare davvero quello che avrebbe fatto un equipaggio verso Marte: comunicazioni limitate con le persone a Terra, solo via computer e con consistente ritardo nelle comunicazioni, comunicazione con il Controllo di Terra, svolgimento di attività quali esperimenti e monitoraggio dell'habitat. Inoltre monitoraggio e diagnostica della salute. Anche la scelta dell'equipaggio non era causale: tutti ingegneri, medici, biologi; insomma figure professionali che ritroviamo sulla ISS e che verrebbero verosimilmente inviate su Marte.

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Stando a quanto pubblicato da Proceedings of the National Acedemy of Sciences, alla fine del test la maggior parte dei partecipanti mostrava uno o più disturbi di qualità del sonno, deficit di vigilanza, tempistiche alterate della periodicità sonno-veglia, suggerendo un inadeguato svolgimento del ritmo circadiano. Questo indica che prima di tutto gli equipaggi che andranno su Marte, sia durante il viaggio sia nella permanenza in una base sul Pianeta Rosso avranno bisogno di essere esposti alla luce per una quantità appropriata di tempo ogni giorno, dovranno assumere cibo in orari ben definiti e fare esercizio fisico in modo da mantenere una scansione temporale dei comportamenti umani simile a quella sulla Terra.

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Scott Kelly

A parte le simulazioni come quella di Mars500, ci sono da tempo studi in corso sulla ISS, che è il banco di prova più veritiero possibile. Emblematica la missione di 340 giorni consecutivi dell'astronauta statunitense Scott Kelly, che ha lasciato a Terra il suo fratello gemello. Un caso rarissimo che ha permesso di verificare i cambiamenti fisici che intercorrono passando così tanto tempo in condizioni di microgravità. Per questo progetto la NASA ha stanziato 1,5 milioni dollari, e i gemelli si sono sottoposti a dieci studi differenti relativi (fra le altre cose) ai cambiamenti che intercorrono al codice genetico degli astronauti (genoma), a quelli relativi al DNA e all'attività RNA. Erano incluse anche verifiche sul ritmo cicardiano.

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Problemi fisici

Oltre ai problemi psicologici ci sono però effetti collaterali anche importanti sotto l'aspetto fisico da considerare. Sempre lasciando da parte la questione delle radiazioni di cui abbiamo già discusso, un primo problema riguarda la densità ossea: secondo gli studi finora condotti dalla NASA gli astronauti possono perdere fino al 2 percento al mese della loro densità ossea, ossia più di due volte quello che l'adulto medio perde ogni anno. Le cause sono principalmente la mancanza di peso che le ossa devono sopportare e il modo differente in cui il corpo svolge i processi di assimilazione del calcio.

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L'altro disturbo comune fra gli astronauti è l'indolenzimento muscolare, dovuto al fatto che i muscoli non vengono sollecitati come quando si è sulla Terra. Ecco il motivo per cui gli astronauti devono seguire un programma di allenamenti durante la permanenza fuori dalla Terra. Quando un giornalista ha chiesto a Kelly "quali muscoli o gruppi muscolari fanno male? [dopo il rientro a Terra]" lui ha risposto "tutti".

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Mediante gli studi sugli astronauti è stato rilevato anche un aumentato rischio di calcoli renali, e una diminuzione del volume del cuore correlata alla variazione dei flussi ematici. In condizioni di microgravità infatti i fluidi all'interno del nostro corpo si comportano in maniera differente che sulla Terra, e – fra le altre cose – si genera anche una maggiore pressione intracranica. Questo porta a disturbi della vista.

Altro punto è quello che riguarda la risposta immunitaria del nostro organismo, che per motivi non ancora chiariti non risponde bene nello Spazio come quando siamo sulla Terra. Questa significa un maggiore rischio di contrarre malattie.

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Sia durante il viaggio, sia una volta arrivati su Marte, la salute degli astronauti dovrà essere costantemente monitorata. A questo proposito molte aziende (anche italiane) stanno sviluppando macchinari appositamente pensati per questo scopo, che vengono testati sulla ISS, e poi saranno valutati per l'eventuale equipaggiamento della futura missione marziana.

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Non solo: saranno necessarie tecnologie di telemedicina per guidare gli astronauti a distanza in eventuali interventi di emergenza, e a questo proposito sarà probabilmente importante l'uso di tecnologie di realtà aumentata per agevolare sia gli astronauti sia i medici a supporto da Terra. Ecco perché, per esempio, sono approdati sulla ISS due visori per la realtà aumentata HoloLens, grazie ai quali (le sperimentazioni sono in corso) gli astronauti e il personale a Terra potranno vedere la stessa cosa.

Questo non escluderà l'eventuale presenza di un medico di bordo, ma difficilmente potrà avere la specializzazione in tutte le branche della medicina e della chirurgia, per questo il supporto degli specialisti da Terra sarà fondamentale.

Alimentazione

Quando ci si prepara per una lunga camminata, portare con sé alimenti energetici che supportino il fisico durante una fatica prolungata è la chiave per il successo dell'escursione. Lo stesso vale per gli astronauti in missione di lunga durata. La ricerca Energy misura il fabbisogno energetico di un astronauta durante i voli spaziali a lungo termine, che è un fattore indispensabile per la corretta quantità e tipologia di cibo da dare in dotazione agli equipaggi.

In prima fila nella produzione di cibo per gli astronauti è l'italiana Argotec, che ha preparato i cibi per gli astronauti italiani che sono stati sulla ISS e che a suo tempo ci aveva fatto anche assaggiare qualche piatto. Se questo aspetto vi interessa, vi consigliamo di leggere il nostro articolo Il cibo spaziale vero è buonissimo, ecco la prova! in cui oltre alle nostre impressioni sul gusto trovate anche l'intervista con lo chef Stefano Polato di Argotec che ci ha spiegato i retroscena, ossia come vengono preparati i cibi per gli astronauti, che differenze ci sono con quelli che abbiamo assaggiato noi e altre curiosità.

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L'ipotesi dell'ibernazione

I problemi relativi alla salute e all'alimentazione durante il viaggio potrebbero essere facilmente accantonati se gli astronauti passassero la maggior parte del tempo in ibernazione. Basterebbero astronavi più piccole, in cui stipare non solo meno provviste, ma anche meno attrezzature. L'idea dell'ibernazione mira quindi al contenimento dei costi delle missioni umane, oltre che a rendere il viaggio verso il Pianeta Rosso più sicuro e meno faticoso per gli equipaggi.

Per ora si parla solo di studi, che ipotizzano di abbassare la temperatura corporea degli astronauti di circa 5 gradi Celsius, in modo da indurre una "ibernazione" che abbassa il metabolismo dei membri dell'equipaggio "dal 50 al 70 per cento". Secondo John Bradford, Presidente e Chief Operating Official di SpaceWorks, questo sarebbe l'unico modo "per inviare centinaia di persone su Marte".

Il problema è che al momento la cosiddetta ipotermia preventiva è una pratica comune negli ospedali come modo per aiutare le persone a recuperare da lesioni traumatiche, tuttavia i pazienti vengono sottoposti a questo tipo di trattamento solo per pochi giorni, e attualmente non sappiamo quali potrebbero essere le conseguenze di un'ibernazione prolungata.

Per saperne di più: Iberneremo gli astronauti per mandarli su Marte?

Gravità su Marte

Fin qui abbiamo parlato per lo più del viaggio. Il fatto è che non sappiamo esattamente che cosa troveremo davvero quando atterreremo su Marte. Molto dipenderà dagli habitat che verranno sviluppati, e che come vedremo in una delle prossime puntate sono tutto fuorché pronti.

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L'unico punto fermo è che su Marte la gravità è solo una frazione di quella che c'è qui sulla Terra. Gli scienziati hanno calcolato la gravità di Marte sulla base della Teoria della Gravitazione Universale di Newton, in cui si afferma che la forza gravitazionale esercitata da un oggetto è proporzionale alla sua massa. Marte ha solo la metà del diametro della Terra e una minore densità (circa il 15% del volume della Terra e l'11% della sua massa).

Quando la teoria viene applicata a un corpo sferico come un pianeta con una data massa, la gravità superficiale sarà (approssimativamente) inversamente proporzionale al quadrato del suo raggio. Se applicata a un corpo sferico con una densità media, sarà approssimativamente proporzionale al suo raggio.

Il concetto può essere espresso dalla formula g  =  m / r 2, dove "g" è la densità superficiale di Marte (espressa come multiplo della Terra , che è 9,8 m / s²), "m" è la massa – espressa come multiplo della massa della Terra (5.976 · 1024  kg) – e "r" il raggio, espresso come multiplo del raggio terrestre medio (6371 chilometri).

Per esempio, Marte ha una massa di 6,4171 x 1023 kg, che è 0,107 volte la massa della Terra. Ha anche un raggio medio di 3,389.5 km, 0,532 del raggio terrestre medio. La gravità sulla superficie di Marte può quindi essere espressa matematicamente come: 0,107 / 0.532², da cui si ricava il valore di 0,376. Sulla base della gravità sulla superficie della Terra, corrisponde a un'accelerazione di 3,711 m/s2.

Attualmente non è noto quali siano esattamente gli effetti sul corpo umano dell'esposizione a lungo termine a questo tipo di gravità. Le ricerche condotte e in corso tuttora sugli astronauti che vivono per mesi in condizioni di microgravità hanno dimostrato gli effetti negativi che abbiamo già evidenziato: perdita di massa muscolare e di densità ossea, impatto su alcuni organi, fra cui la vista.

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E non è tutto. È da tenere conto che la pressione atmosferica su Marte è una piccola frazione di quella sulla Terra – una media di 7,5 millibar su Marte, contro poco più di 1000 millibar qui sulla Terra. La temperatura media della superficie marziana è bassa: -63° C rispetto ai 14° C della Terra. Calcolate poi che la lunghezza di un giorno marziano è all'incirca la stessa della Terra (24 ore e 37 minuti), ma la lunghezza di un anno marziano è significativamente maggiore (687 giorni).