Un astronauta ficticio es alcanzado por una llamarada solar artificial

Investigadores están a punto de someter a un astronauta ficticio,
que posee células sanguíneas y tejidos humanos simulados, a una
llamarada solar artificial. La manera en que salga de la radiación
el desafortunado voluntario revelará por primera vez qué
de amenaza representan las llamaradas solares para los
astronautas que viajen a la Luna o a Marte.

Junio 3, 2009: En 1972, los astronautas de la nave Apollo apenas lograron escapar de una posible catástrofe. El 2 de agosto de ese año, una enorme y feroz mancha solar apareció y comenzó a erupcionar, una y otra vez durante más de una semana, produciendo una descarga de radiación de protones solares que batió records. Ese día, salvaron sus vidas por pura suerte. Las erupciones ocurrieron entre las misiones Apollo 16 y 17, así que los astronautas esquivaron la tormenta.

Los investigadores aún se preguntan qué habría sucedido si esto se hubiera producido en otro momento y si los astronautas hubieran sido sorprendidos sin protección alguna en la superficie de la Luna.

Derecha: Una de las llamaradas solares de agosto de 1972. Haga clic sobre la imagen para ver una película grabada en el Observatorio Solar de Big Bear.

La NASA necesita averiguarlo. La agencia está muy ocupada preparándose para enviar personas a la Luna con el fin de que establezcan un puesto habitado en dicho lugar, lo cual constituye un paso más en el proyecto de mandar seres humanos a Marte o a cualquier otro lugar del sistema solar. Estas misiones implican que los astronautas salgan de la protección del campo magnético de la Tierra durante meses o incluso años; por eso, la NASA necesita saber cómo mantener a estos exploradores protegidos de las tormentas solares extremas.

Así que los científicos están creando una tormenta de radiación solar artificial aquí en la Tierra. Ellos están analizando sus efectos sobre un ser humano artificial: Matroshka, el fantoma.

Matroshka, de la Agencia Espacial Europea, y su homólogo de la NASA, Fred, ya han volado a bordo del transbordador espacial y de la Estación Espacial Internacional con el fin de realizar experimentos que muestran cómo otros tipos de radiación espacial, como los rayos cósmicos, penetran en el cuerpo humano. Ahora, científicos del Laboratorio Nacional Brookhaven, en Upton, Nueva York, están exponiendo un torso artificial a un haz de protones para aprender cómo los astronautas serían afectados por un evento como el que tuvo lugar en 1972.

"Queremos saber qué tanto se acerca a una exposición peligrosamente aguda", dice Francis Cucinotta, el científico principal del Programa de Radiación de la NASA, en el Centro Espacial Johnson, ubicado en Houston, Texas.

En la jerga de los expertos en radiación, una "exposición aguda" es breve pero intensa. La radiación bombardea al cuerpo durante un tiempo relativamente corto, que puede oscilar desde algunos minutos hasta algunas horas —exactamente igual que durante una llamarada solar. Esto es diferente de la "exposición crónica" que los astronautas normalmente experimentan cuando viajan al espacio. Los rayos cósmicos golpean sus cuerpos como una lenta llovizna que se extiende semanas o meses. Con la exposicón crónica, el cuerpo tiene tiempo de reparar o de reemplazar las células dañadas en el camino, pero una exposición aguda no da tiempo al cuerpo para enfrentarse al daño.

Arriba: El haz de radiación en el Laboratorio de Radiación del Espacio de la NASA, en Brookhaven. [Imagen ampliada]

"Los efectos biológicos son muy sensibles al ritmo de la dosis", explica Cucinotta. "Una dosis de radiación transmitida durante un tiempo corto es dos o tres veces más dañina que la misma dosis transmitida durante algunos días".

A simple vista, el evento que tuvo lugar en 1972 se podría ubicar dentro de la categoría "aguda" —después de todo, fue una llamarada solar. Pero hay un problema. En verdad, se trató de una serie de llamaradas que produjeron una tormenta de radiación más prolongada y menos impulsiva de lo normal. La exposición a la radiación no hubiera sido ni crónica ni claramente aguda, sino algo intermedio. En esta área gris, los detalles sobre cuánta radiación penetra efectivamente en los órganos vitales de una persona (comparada con la que es bloqueada por el traje espacial, por la piel y por los músculos) puede determinar la diferencia.

Matroshka está ayudando a los científicos a comprender estos detalles. Se trata de una réplica de plástico de un torso humano, en tamaño real, sin brazos ni piernas. La densidad del plástico se asemeja a la de los órganos y tejidos del cuerpo humano; además este fantoma está repleto de cientos de sensores de radiación distribuidos por todo su cuerpo. Incluso tiene células de sangre humana reales.

Derecha: Matroshka adentro y afuera de su poncho blanco, que utiliza para viajar. [Imagen ampliada]

"Colocamos células sanguíneas en pequeños tubos en el estómago y en algunos lugares de la médula ósea", algunos de los cuales están ubicados en las partes profundas del torso, mientras que otros están cerca de la superficie donde hay menos "tejido" que bloquee la radiación. "Una de las preguntas que tenemos es si las partes menos protegidas de la médula ósea serán golpeadas mucho más fuerte", incrementando de este modo los riesgos de contraer leucemia y otros cánceres.

El uso de células sanguíneas reales permite a los científicos ver qué tanto daña la radiación al ADN. Las partículas de alta velocidad de la radiación de protones puede colisionar con el ADN, rompiendo así estas largas moléculas. Usualmente, las células pueden reparar estas fracturas, pero si ocurren varios rompimientos en poco tiempo, el daño puede llegar a ser irreparable. En el mejor de los casos, la célula se autodestruirá. En el peor de los casos, se estropeará y crecerá sin control, volviéndose cancerígena.

Para exponer a Matroshka a una tormenta similar a la que se produjo en 1972, los científicos han concebido una manera de simular dicho evento usando un haz de protones de alta energía en el Laboratorio de Radiación Espacial de la NASA, en Brookhaven. El haz se abre de tal manera que, en el punto donde Matroshka se sienta, tiene una sección transversal de 60 cm —suficientemente grande como para abarcar el torso entero. Al ir cambiando la energía del haz en varios niveles, los científicos pueden reproducir el espectro de energía propio de los protones del evento de 1972.

En el próximo experimento, lidereado por Guenther Reitz, del Centro Aeroespacial Alemán (DLR, por su sigla en idioma inglés), en la ciudad de Colonia, los sensores de radiación de Matroshka revelarán cuánta radiación de protones alcanza las diferentes partes del cuerpo del maniquí. "Con protones, uno podría tener un orden de magnitud (un factor de diez) de diferencia entre una parte del cuerpo y otra", hace notar Cucinotta.

Las lecturas de los resultados ayudarán a los diseñadores de las misiones a determinar cuánta protección se necesita para resguardar a los astronautas reales de una tormenta del estilo de la de 1972. Estos resultados también conducirán a los científicos en la dirección correcta para desarrollar tratamientos médicos que puedan ayudar a mitigar los efectos de tal evento.

A diferencia de un astronauta real, Matroshka puede soportar varias llamaradas sin experimentar efectos secundarios de larga duración. Una transfusión rápida de células sanguíneas y listo —Matroshka está preparada para recibir otra llamarada.

Así que, que comiencen las llamaradas —y manténgase en contacto para conocer los resultados.