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La NASA a un mystère à résoudre: les gens peuvent-ils aller sur Mars ou non?
«C’est une question de rayonnement», explique Frank Cucinotta du Space Radiation Health Project de la NASA au Johnson Space Center. "Nous savons la quantité de rayonnement qui nous attend entre la Terre et Mars, mais nous ne savons pas comment le corps humain va y réagir."
Les astronautes de la NASA sont dans l'espace, hors et sous tension, depuis 45 ans. À l'exception de quelques voyages rapides sur la lune, cependant, ils n'ont jamais passé beaucoup de temps loin de la Terre. L'espace profond est rempli de protons des éruptions solaires, des rayons gamma des trous noirs du nouveau-né et des rayons cosmiques des étoiles qui explosent. Un long voyage vers Mars, sans grande planète à proximité pour bloquer ou dévier ce rayonnement, va être une nouvelle aventure.
La NASA pèse le danger de radiation dans les unités de risque de cancer. Un homme américain de 40 ans en bonne santé et non-fumeur a 20% de chances de mourir d'un cancer. C’est s’il reste sur Terre. S'il se rend sur Mars, le risque augmente.
La question est combien?
"Nous ne sommes pas sûrs", explique Cucinotta. Selon une étude de 2001 sur des personnes exposées à de fortes doses de rayonnement - par exemple, les survivants de la bombe atomique d'Hiroshima et, ironiquement, les patients cancéreux qui ont subi une radiothérapie - le risque supplémentaire d'une mission sur 1000 jours sur Mars se situe entre 1% et 19% . "La réponse la plus probable est de 3,4%", explique Cucinotta, "mais les barres d'erreur sont larges."
Les chances sont encore pires pour les femmes, ajoute-t-il. "En raison des seins et des ovaires, le risque pour les femmes astronautes est presque le double du risque pour les hommes."
Les chercheurs qui ont fait l'étude ont supposé que le vaisseau Mars serait construit «principalement en aluminium, comme un ancien module de commande d'Apollo», explique Cucinotta. La peau du vaisseau spatial absorberait environ la moitié du rayonnement qui le frappait.
«Si le risque supplémentaire n'est que de quelques pour cent? nous allons bien. Nous pourrions construire un vaisseau spatial en aluminium et nous diriger vers Mars. » (L'aluminium est un matériau préféré pour la construction de vaisseaux spatiaux, car il est léger, solide et familier aux ingénieurs de longues décennies d'utilisation dans l'industrie aérospatiale.)
"Mais si c'est 19%? notre astronaute d'une quarantaine d'années ferait face à une probabilité de 20% + 19% = 39% de développer un cancer mortel après son retour sur Terre. Ce n'est pas acceptable. "
Les barres d'erreur sont grandes, explique Cucinotta, pour une bonne raison. Le rayonnement spatial est un mélange unique de rayons gamma, de protons de haute énergie et de rayons cosmiques. Les explosions de bombes atomiques et les traitements contre le cancer, la base de nombreuses études, ne remplacent pas la «vraie chose».
La plus grande menace pour les astronautes en route vers Mars est les rayons cosmiques galactiques - ou «GCR» pour faire court. Ce sont des particules accélérées à presque la vitesse de la lumière par des explosions de supernova à distance. Les GCR les plus dangereux sont les noyaux ionisés lourds tels que Fe + 26. «Ils sont beaucoup plus énergétiques (millions de MeV) que les protons typiques accélérés par des éruptions solaires (des dizaines à des centaines de MeV)», note Cucinotta. Les GCR pénètrent à travers la peau des vaisseaux spatiaux et les gens comme de minuscules boulets de canon, brisant les brins de molécules d'ADN, endommageant les gènes et tuant les cellules.
Les astronautes ont rarement expérimenté une dose complète de ces GCR dans l'espace lointain. Prenons la Station spatiale internationale (ISS): elle n’orbite qu’à 400 km au-dessus de la surface de la Terre. Le corps de notre planète, imminent, intercepte environ un tiers des GCR avant d'atteindre l'ISS. Un autre tiers est dévié par le champ magnétique terrestre. Les astronautes de la navette spatiale bénéficient de réductions similaires.
Les astronautes d'Apollo voyageant vers la Lune ont absorbé des doses plus élevées - environ 3 fois le niveau de l'ISS - mais seulement pendant quelques jours pendant la croisière Terre-Lune. Les GCR peuvent avoir endommagé leurs yeux, note Cucinotta. Sur le chemin de la lune, les équipages d'Apollo ont rapporté avoir vu des rayons cosmiques dans leur rétine, et maintenant, plusieurs années plus tard, certains d'entre eux ont développé des cataractes. Sinon, ils ne semblent pas avoir beaucoup souffert. «Quelques jours« là-bas »sont probablement sûrs», conclut Cucinotta.
Mais les astronautes voyageant vers Mars seront «là-bas» pendant un an ou plus. "Nous ne pouvons pas encore estimer de manière fiable ce que les rayons cosmiques nous feront quand nous serons exposés pendant si longtemps", dit-il.
La mission du nouveau Space Radiation Laboratory (NSRL) de la NASA, située au Brookhaven National Laboratory du Département américain de l'Énergie à New York, est une découverte. Il a ouvert ses portes en octobre 2003. «Au NSRL, nous avons des accélérateurs de particules capables de simuler les rayons cosmiques», explique Cucinotta. Les chercheurs exposent les cellules et les tissus des mammifères aux faisceaux de particules, puis examinent les dommages. «L'objectif est de réduire l'incertitude dans nos estimations des risques à seulement quelques pour cent d'ici 2015.»
Une fois les risques connus, la NASA peut décider du type de vaisseau spatial à construire. Il est possible que les matériaux de construction ordinaires comme l'aluminium soient assez bons. Sinon, "nous avons déjà identifié des alternatives", dit-il.
Que diriez-vous d'un vaisseau spatial en plastique?
«Les plastiques sont riches en hydrogène, un élément qui absorbe bien les rayons cosmiques», explique Cucinotta. Par exemple, le polyéthylène, le même matériau dans lequel les sacs à ordures sont faits, absorbe 20% plus de rayons cosmiques que l'aluminium. Une forme de polyéthylène renforcé développée au Marshall Space Flight Center est 10 fois plus résistante que l'aluminium, et plus légère aussi. Cela pourrait devenir un matériau de choix pour la construction de vaisseaux spatiaux, si cela pouvait être fait à un prix assez bas. "Même si nous ne construisons pas l'ensemble du vaisseau spatial en plastique", note Cucinotta, "nous pourrions toujours l'utiliser pour protéger des zones clés comme les quartiers de l'équipage." En effet, cela se fait déjà à bord de l'ISS.
Si le plastique n'est pas assez bon, de l'hydrogène pur peut être nécessaire. Livre pour livre, l'hydrogène liquide bloque les rayons cosmiques 2,5 fois mieux que l'aluminium. Certaines conceptions de vaisseaux spatiaux avancés nécessitent de grands réservoirs de carburant à hydrogène liquide, donc «nous pourrions protéger l'équipage des radiations en enroulant le réservoir de carburant autour de leur espace de vie», spécule Cucinotta.
Les gens peuvent-ils aller sur Mars? Cucinotta le croit. Mais d'abord, "nous devons déterminer la quantité de rayonnement que notre corps peut gérer et le type de vaisseau spatial que nous devons construire." Dans les laboratoires du pays, le travail a déjà commencé.
Source d'origine: NASA Science Story
