Sejak angkasawan mula pergi ke angkasa untuk jangka masa yang lama, telah diketahui bahawa pendedahan jangka panjang terhadap graviti sifar atau mikrograviti datang dengan bahagian kesan kesihatannya. Ini termasuk atrofi otot dan kehilangan ketumpatan tulang, tetapi juga meluas ke kawasan lain badan yang menyebabkan fungsi organ, peredaran darah, dan bahkan perubahan genetik berkurang.
Atas sebab ini, banyak kajian telah dilakukan di Stesen Angkasa Antarabangsa (ISS) untuk menentukan sejauh mana kesan ini, dan strategi apa yang dapat digunakan untuk mengurangkannya. Menurut kajian baru yang baru-baru ini muncul di Jurnal Sains Molekul Antarabangsa, sepasukan penyelidik yang dibiayai oleh NASA dan JAXA menunjukkan bagaimana graviti buatan harus menjadi komponen penting bagi sebarang rancangan jangka panjang di angkasa depan.
Seperti disebutkan, sejumlah besar penelitian telah dilakukan untuk mengenal pasti dan mengukur kesan mikrograviti terhadap tubuh manusia. Contoh yang baik dari ini adalah Kajian Kembar yang dilakukan oleh Program Penyelidikan Manusia (HRP) NASA, yang meneliti kesan pada tubuh angkasawan Scott Kelly setelah dia menghabiskan satu tahun di Stesen Angkasa Antarabangsa - menggunakan saudara kembarnya, Mark Kelly, sebagai kawalan .
Ini dan kajian lain telah mengesahkan bahawa pendedahan kepada mikrograviti bukan sahaja dapat mempengaruhi kepadatan tulang dan massa otot, tetapi juga fungsi imun, oksigenasi darah, kesihatan kardiovaskular, dan bahkan kemungkinan perubahan genomik dan kognitif. Selain itu, penglihatan juga merupakan sesuatu yang dapat dipengaruhi oleh waktu yang dihabiskan di ruang angkasa, yang merupakan hasil dari peredaran dan oksigen yang kurang sehingga ke tisu okular.
Sebenarnya, kira-kira 30% angkasawan dalam penerbangan ulang-alik jangka pendek (kira-kira dua minggu) dan 60% dalam misi jangka panjang ke ISS telah melaporkan beberapa gangguan pada penglihatan mereka. Sebagai tindak balas, Profesor Michael Delp - Dekan Kolej Sains Manusia di Florida State University (FSU) dan pengarang bersama di atas kertas - dan rakan-rakannya mengesyorkan agar graviti buatan dimasukkan ke dalam misi masa depan.
Selama bertahun-tahun, dan dengan sokongan NASA, Delps telah mengkaji pengaruh mikrograviti terhadap penglihatan angkasawan. Seperti yang dia katakan dalam siaran Berita FSU baru-baru ini:
"Masalahnya ialah semakin lama angkasawan berada di angkasa, semakin besar kemungkinan mereka mengalami masalah penglihatan. Beberapa angkasawan akan pulih dari perubahan penglihatan, tetapi ada yang tidak. Jadi ini adalah keutamaan tinggi bagi NASA dan agensi angkasa di seluruh dunia. Dengan penggunaan graviti buatan ini, kami mendapati bahawa ia sama sekali tidak menghalang perubahan pada mata, tetapi kami tidak melihat hasil terburuk. "
Untuk menentukan sama ada graviti buatan akan mengurangkan kesan ini, Delp bekerjasama dengan penyelidik dari Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) dalam kerjasama pertama. Mereka disertai oleh Profesor Xiao Wen Mao (penulis utama kajian) dari Universiti Linda Loma, serta ahli dari Universiti Arkansas untuk Sains Perubatan, Institut Penyelidikan Kanak-kanak Arkansas, dan University of Tsukuba.
Pasukan itu kemudian memeriksa perubahan pada tisu okular tikus setelah mereka menghabiskan 35 hari di ISS. Subjek ujian terdiri daripada 12 tikus jantan berusia sembilan minggu yang diterbangkan dari Pusat Angkasa Kennedy dan ditempatkan di Unit Habitat Cage tikus (HCU) di Makmal JAXA "Kibo" di ISS. Sepanjang penginapan mereka, tikus dibahagikan kepada dua kumpulan.
Walaupun satu kumpulan hidup dalam keadaan mikrograviti ambien, yang lain tinggal di unit habitat sentrifugal yang menghasilkan 1 g graviti buatan (setara dengan graviti Bumi). Dari ini, pasukan penyelidik mendapati bahawa kumpulan yang terdahulu mengalami kerosakan pada saluran darah yang penting untuk pengaturan tekanan bendalir di dalam mata.
"Ketika kita berada di Bumi, graviti menarik cecair ke arah kaki kita," kata Phelps. "Ketika anda kehilangan gravitasi, cairan beralih ke kepala. Peralihan cecair ini mempengaruhi sistem vaskular ke seluruh badan, dan sekarang kita tahu ia juga mempengaruhi saluran darah di mata. "
Di samping itu, pasukan menyatakan bahawa profil ekspresi protein juga telah berubah di mata tikus akibat mikrograviti. Sebagai perbandingan, tikus yang menghabiskan waktunya di centrifuge tidak mengalami kerosakan hampir sama pada tisu okular mereka. Hasil ini menunjukkan bahawa graviti buatan, mungkin dalam bentuk bahagian berputar atau sentrifugal, akan menjadi komponen yang diperlukan untuk misi ruang jangka panjang.
Seperti konsep, penggunaan graviti buatan di ruang angkasa bukanlah sesuatu yang baru. Selain menjadi konsep yang diterokai dengan baik dalam fiksyen sains, agensi ruang angkasa telah melihatnya sebagai cara yang mungkin untuk mewujudkan kehadiran manusia kekal di angkasa. Contoh yang terang dari ini adalah Stanford Torus Space Settlement, reka bentuk utama yang dipertimbangkan oleh Kajian Musim Panas NASA 1975.
Sebagai usaha kolaborasi antara Pusat Penyelidikan Ames NASA dan Universiti Stanford, program sepuluh minggu ini terdiri daripada profesor, pengarah teknikal dan pelajar yang berkumpul untuk membina visi bagaimana orang mungkin suatu hari nanti tinggal di koloni ruang besar. Hasilnya adalah konsep untuk stesen angkasa seperti roda yang akan berputar untuk memberikan sensasi sama ada graviti normal atau separa Bumi.
Sebagai tambahan, torus berputar telah dipertimbangkan untuk kapal angkasa untuk memastikan angkasawan dalam misi jangka panjang dapat membatasi masa mereka dalam mikrograviti. Contoh yang baik dari ini adalah Pengangkutan Universal Bukan Atmosfera yang Ditujukan untuk Eksplorasi Amerika Syarikat yang Panjang (Nautilus-X), konsep kapal angkasa pelbagai misi yang dikembangkan pada tahun 2011 oleh jurutera Mark Holderman dan Edward Henderson dari Pasukan Penilaian Aplikasi Teknologi NASA.
Seperti penyelidikan sebelumnya, kajian ini menyoroti pentingnya menjaga kesihatan angkasawan semasa misi jangka panjang di angkasa, dan juga pelayaran jangka panjang. Walau bagaimanapun, kajian ini dibezakan kerana ini adalah yang pertama dalam siri yang dirancang untuk lebih memahami masalah penglihatan di kalangan angkasawan.
"Kami berharap kolaborasi sains yang berterusan akan membantu kami mengumpulkan hasil eksperimen yang diperlukan untuk mempersiapkan penerokaan ruang dalam yang akan datang," kata Dai Shiba, seorang penyelidik kanan untuk JAXA dan pengarang bersama di makalah tersebut. Mao, penulis utama kajian ini, juga menunjukkan bahawa dia berharap penyelidikan ini akan melampaui penerokaan angkasa lepas dan mempunyai aplikasi di Bumi:
"Kami berharap penemuan kami tidak hanya mencirikan kesan persekitaran ruang angkasa pada mata tetapi akan menyumbang kepada penyembuhan atau rawatan baru untuk masalah penglihatan yang disebabkan oleh penerbangan luar angkasa serta lebih banyak gangguan Bumi, seperti degenerasi makula dan retinopati yang berkaitan dengan usia."
Tidak ada keraguan bahawa ketika datang ke masa depan penerokaan ruang angkasa, ada banyak cabaran yang ada di depan kita. Kita bukan sahaja perlu mengembangkan kapal angkasa yang dapat menggabungkan kecekapan dan tenaga bahan bakar, kita juga perlu mengurangkan kos pelancaran individu dan mencari cara untuk mengurangkan risiko kesihatan misi jangka panjang. Di luar kesan mikrograviti, ada juga masalah pendedahan berpanjangan terhadap sinaran suria dan kosmik.
Dan jangan lupa bahawa misi ke permukaan bulan dan Marikh harus menghadapi pendedahan jangka panjang terhadap graviti yang lebih rendah, terutama yang berkaitan dengan pos-pos pos. Oleh itu, tidak mungkin membayangkan bahawa tori dan sentrifugal dapat menjadi bahagian biasa dalam penerokaan angkasa dalam masa terdekat!
