นับตั้งแต่มนุษย์อวกาศเริ่มออกเดินทางสู่อวกาศเป็นเวลานานเป็นที่ทราบกันดีว่าการสัมผัสกับแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์หรือ microgravity ในระยะยาวนั้นมาพร้อมกับผลกระทบด้านสุขภาพ เหล่านี้รวมถึงกล้ามเนื้อลีบและการสูญเสียความหนาแน่นของกระดูก แต่ยังขยายไปยังพื้นที่อื่น ๆ ของร่างกายที่นำไปสู่การทำงานของอวัยวะลดลงการไหลเวียนและแม้กระทั่งการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรม
ด้วยเหตุนี้การศึกษาจำนวนมากจึงถูกดำเนินการบนสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) เพื่อกำหนดขอบเขตของเอฟเฟกต์เหล่านี้และกลยุทธ์ใดบ้างที่สามารถใช้เพื่อบรรเทาผลกระทบเหล่านี้ จากการศึกษาใหม่ซึ่งเพิ่งปรากฏใน วารสารวิทยาศาสตร์โมเลกุลระดับสากล, ทีมนักวิจัยของ NASA และ JAXA แสดงให้เห็นว่าแรงโน้มถ่วงเทียมควรเป็นองค์ประกอบสำคัญของแผนการระยะยาวในอวกาศในอนาคต
ตามที่ระบุไว้มีการวิจัยจำนวนมากเพื่อระบุและตรวจสอบผลกระทบของน้ำหนักที่มีต่อร่างกายมนุษย์ ตัวอย่างที่ดีของเรื่องนี้คือการศึกษา Twins ที่จัดทำโดยโครงการวิจัยมนุษย์ของนาซ่า (HRP) ซึ่งทำการวิจัยผลกระทบที่มีต่อร่างกายมนุษย์อวกาศของ Scott Kelly หลังจากเขาใช้เวลาหนึ่งปีบนสถานีอวกาศนานาชาติโดยใช้ Mark Kelly พี่ชายฝาแฝดของเขา .
การศึกษาเหล่านี้และอื่น ๆ ได้รับการยืนยันว่าการสัมผัสกับน้ำหนักเบาไม่เพียง แต่ส่งผลกระทบต่อความหนาแน่นของกระดูกและมวลกล้ามเนื้อเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการทำงานของระบบภูมิคุ้มกันออกซิเจนในเลือดสุขภาพหัวใจและหลอดเลือดและการเปลี่ยนแปลงจีโนมและองค์ความรู้ นอกจากนี้การมองเห็นก็เป็นสิ่งที่สามารถทำให้เกิดผลตามเวลาที่ใช้ในอวกาศซึ่งเป็นผลมาจากการไหลเวียนน้อยและออกซิเจนทำให้เนื้อเยื่อตา
ในความเป็นจริงประมาณ 30% ของนักบินอวกาศในเที่ยวบินกระสวยอวกาศระยะสั้น (ประมาณสองสัปดาห์) และ 60% สำหรับภารกิจระยะยาวต่อสถานีอวกาศนานาชาติได้รายงานถึงการด้อยค่าต่อวิสัยทัศน์ของพวกเขา ในการตอบสนองศาสตราจารย์ Michael Delp - คณบดีวิทยาลัยวิทยาศาสตร์มนุษย์แห่งมหาวิทยาลัยแห่งรัฐฟลอริดา (FSU) และผู้ร่วมเขียนบทความ - และเพื่อนร่วมงานของเขาแนะนำว่าแรงโน้มถ่วงเทียมจะรวมเข้ากับภารกิจในอนาคต
เป็นเวลาหลายปีและด้วยการสนับสนุนขององค์การนาซ่า Delps ได้ทำการศึกษาผลกระทบของแรงโน้มถ่วงที่มีต่อสายตาของนักบินอวกาศ อย่างที่เขาพูดในการแถลงข่าวล่าสุดของ FSU:
“ ปัญหาคือยิ่งนักบินอวกาศอยู่ในอวกาศนานเท่าไหร่พวกเขาก็ยิ่งมีโอกาสสัมผัสกับความบกพร่องทางสายตามากขึ้นเท่านั้น นักบินอวกาศบางคนจะฟื้นตัวจากการเปลี่ยนแปลงการมองเห็น แต่บางคนก็ไม่ได้ ดังนั้นนี่คือสิ่งที่มีความสำคัญสูงสำหรับองค์การนาซ่าและหน่วยงานอวกาศทั่วโลก ด้วยการใช้แรงโน้มถ่วงประดิษฐ์นี้เราพบว่ามันไม่ได้ป้องกันการเปลี่ยนแปลงของตา แต่เราไม่เห็นผลลัพธ์ที่เลวร้ายที่สุด”
เพื่อตรวจสอบว่าแรงโน้มถ่วงประดิษฐ์จะช่วยลดผลกระทบเหล่านี้ได้หรือไม่ Delp ได้ร่วมมือกับนักวิจัยจาก Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) ในการร่วมมือครั้งแรก พวกเขาเข้าร่วมโดยศาสตราจารย์เซียวเหวินเหมา (ผู้เขียนหลักของการศึกษา) จากมหาวิทยาลัย Linda Loma รวมถึงสมาชิกจากมหาวิทยาลัยอาร์คันซอเพื่อวิทยาศาสตร์การแพทย์สถาบันวิจัยเด็กอาร์คันซอและมหาวิทยาลัยทสึคุบะ
ทีมตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงในเนื้อเยื่อตาของหนูหลังจากใช้เวลา 35 วันบนสถานีอวกาศนานาชาติ ตัวอย่างการทดสอบประกอบด้วยหนูตัวผู้อายุ 12 สัปดาห์จำนวน 12 ตัวซึ่งบินจากศูนย์อวกาศเคนเนดีและตั้งอยู่ในหน่วยกรงที่อยู่อาศัยของหนู (HCU) ในห้องปฏิบัติการ JAXA“ Kibo” บนสถานีอวกาศนานาชาติ ตลอดระยะเวลาที่อยู่หนูจะถูกแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม
ในขณะที่กลุ่มหนึ่งอาศัยอยู่ในสภาวะไร้น้ำหนักโดยรอบกลุ่มอื่น ๆ อาศัยอยู่ในที่อยู่อาศัยแบบแรงเหวี่ยงซึ่งผลิตได้ 1 ก. ของแรงโน้มถ่วงประดิษฐ์ (เทียบเท่าแรงโน้มถ่วงของโลก) จากนี้ทีมวิจัยพบว่ากลุ่มอดีตได้รับความเสียหายต่อหลอดเลือดที่มีความสำคัญต่อการควบคุมแรงดันของเหลวภายในดวงตา
“ เมื่อเราอยู่บนโลกแรงโน้มถ่วงจะดึงของไหลลงไปที่เท้าของเรา” เฟลป์สกล่าว “ เมื่อคุณสูญเสียแรงโน้มถ่วงของเหลวจะเลื่อนไปทางศีรษะ การเปลี่ยนถ่ายของเหลวนี้ส่งผลต่อระบบหลอดเลือดทั่วร่างกายและตอนนี้เรารู้แล้วว่ามันส่งผลต่อหลอดเลือดในดวงตาด้วย”
นอกจากนี้ทีมยังได้ตั้งข้อสังเกตอีกว่าโปรไฟล์การแสดงออกของโปรตีนเปลี่ยนไปในสายตาของหนูซึ่งเป็นผลมาจากสภาวะไร้น้ำหนัก จากการเปรียบเทียบหนูที่ใช้เวลาในเครื่องหมุนเหวี่ยงไม่พบความเสียหายต่อเนื้อเยื่อตามากนัก ผลลัพธ์เหล่านี้บ่งชี้ว่าแรงโน้มถ่วงประดิษฐ์มีแนวโน้มในรูปแบบของส่วนหมุนหรือ centrifuges จะเป็นองค์ประกอบที่จำเป็นสำหรับภารกิจอวกาศในระยะยาว
ตามแนวคิดแล้วการใช้แรงโน้มถ่วงเทียมในอวกาศไม่ใช่สิ่งใหม่ นอกเหนือจากการเป็นแนวความคิดที่ได้รับการสำรวจอย่างดีในนิยายวิทยาศาสตร์หน่วยงานอวกาศยังมองว่ามันเป็นวิธีที่เป็นไปได้ในการสร้างสถานะมนุษย์อย่างถาวรในอวกาศ ตัวอย่างที่ชัดเจนของเรื่องนี้คือการตั้งถิ่นฐานของสแตนฟอร์ดทอรัสการออกแบบหลักที่พิจารณาจากการศึกษาภาคฤดูร้อนของนาซ่า 1975
ในฐานะที่เป็นความร่วมมือระหว่างศูนย์วิจัยเอมส์ของนาซ่าและมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดโปรแกรมสิบสัปดาห์นี้ประกอบด้วยอาจารย์ผู้อำนวยการด้านเทคนิคและนักเรียนที่มารวมกันเพื่อสร้างวิสัยทัศน์ว่าผู้คนจะอยู่ในอาณานิคมในพื้นที่ขนาดใหญ่ได้อย่างไร ผลที่ตามมาคือแนวคิดสำหรับสถานีอวกาศที่มีลักษณะคล้ายวงล้อที่จะหมุนเพื่อให้ความรู้สึกของแรงโน้มถ่วงโลกปกติหรือบางส่วน
นอกจากนี้ทอรัสหมุนได้รับการพิจารณาสำหรับยานอวกาศเพื่อให้แน่ใจว่านักบินอวกาศในภารกิจระยะยาวสามารถ จำกัด เวลาของพวกเขาในสภาวะไร้น้ำหนัก ตัวอย่างที่ดีของเรื่องนี้คือการขนส่งสากลแบบไม่มีบรรยากาศสำหรับการสำรวจอวกาศของสหรัฐอเมริกา (Nautilus-X) ซึ่งเป็นแนวคิดยานอวกาศแบบหลายภารกิจที่พัฒนาขึ้นในปี 2554 โดยวิศวกรมาร์คโฮลเดอร์แมนและเอ็ดเวิร์ดเฮนเดอร์สัน
เช่นเดียวกับการวิจัยก่อนหน้าการศึกษานี้เน้นความสำคัญของการรักษาสุขภาพของนักบินอวกาศในระหว่างการปฏิบัติภารกิจระยะยาวในอวกาศรวมถึงการเดินทางระยะยาว อย่างไรก็ตามการศึกษานี้มีความโดดเด่นว่าเป็นครั้งแรกในซีรีส์ที่ออกแบบมาเพื่อทำความเข้าใจเกี่ยวกับการด้อยค่าของการมองเห็นในหมู่นักบินอวกาศ
“ เราหวังว่าความร่วมมือทางวิทยาศาสตร์ที่แข็งแกร่งอย่างต่อเนื่องจะช่วยให้เราสะสมผลการทดลองที่จำเป็นเพื่อเตรียมการสำหรับการสำรวจอวกาศลึกในอนาคต” Dai Shiba นักวิจัยอาวุโสของ JAXA และผู้เขียนร่วมกล่าวบนกระดาษ เหมาผู้นำการศึกษาระบุว่าเธอหวังว่างานวิจัยนี้จะเหนือกว่าการสำรวจอวกาศและมีแอปพลิเคชันบนโลกนี้:
“ เราหวังว่าการค้นพบของเราไม่เพียง แต่บ่งบอกถึงผลกระทบของสภาพแวดล้อมในอวกาศบนสายตา แต่จะนำไปสู่การรักษาหรือการรักษาใหม่สำหรับปัญหาด้านการมองเห็นที่เกิดจาก spaceflight รวมถึงความผิดปกติของ Earthbound เช่นโรคจอประสาทตาเสื่อม
ไม่ต้องสงสัยเลยว่าเมื่อมาถึงอนาคตของการสำรวจอวกาศมีความท้าทายมากมายรออยู่ข้างหน้าเรา ไม่เพียง แต่เราจำเป็นต้องพัฒนายานอวกาศที่สามารถรวมประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงและพลังงานเข้าไว้ด้วยกันได้ แต่เราจำเป็นต้องลดค่าใช้จ่ายในการเปิดตัวของแต่ละคน นอกเหนือจากผลของสภาวะไร้น้ำหนักยังมีปัญหาเรื่องการได้รับแสงอาทิตย์และรังสีคอสมิคเป็นเวลานาน
และอย่าลืมว่าภารกิจสู่พื้นผิวดวงจันทร์และดาวอังคารจะต้องต่อสู้กับการเปิดรับแสงในระยะยาวเพื่อลดแรงโน้มถ่วงโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีด่านหน้าด่าน ดังนั้นจึงเป็นเรื่องที่ไม่น่าแปลกใจหากจินตนาการว่า tori และ centrifuges อาจกลายเป็นส่วนหนึ่งของการสำรวจอวกาศในอนาคตอันใกล้!
