Na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) bez przerwy przeprowadzane są eksperymenty. Te z 2020 roku, przyczyniają się do postępów w najróżniejszych dziedzinach nauki – od medycyny po inżynierię kosmiczną.

Wyniki badań opublikowane w tym roku pochodzą z danych zbieranych przez ostatnie 2 dekady. W zaledwie jednym roku, 2020, odnotowano 300 różnych publikacji naukowych bazujących na eksperymentach przeprowadzonych przez astronautów. Tutaj znajdziecie podsumowanie, czego nauczyliśmy się z tegorocznych, przełomowych badań Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

Dostarczanie leków w nanoskali

W 2015 roku grupa włoskich naukowców wysłała eksperyment włoskiej astronautce, znajdującej się wtedy na ISS, Samancie Cristoforetti. Teraz, po pięciu latach, zostały opublikowane jego wyniki w czasopiśmie naukowym Scientific Reports.

Samantha Cristoforetti pracująca nad projektem NATO na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej

Projekt Włoskiej Agencji Kosmicznej, dotyczący Nanocząsteczek i Osteoporozy (NATO), badał nanocząsteczki złożone z minerałów, podobnych, do tych znajdujących się w kościach, które mogłyby pomóc w zwalczaniu osteoporozy – zmniejszaniu się gęstości kości. Wyniki eksperymentu pokazały, że nowy sposób dostarczania leków wspiera zamianę komórek macierzystych w osteoblasty, które są odpowiedzialne za tworzenie się kości. Te rozwiązania mogą się sprawdzić przy zapobieganiu utracie gęstości kości astronautów podczas dłuższych lotów kosmicznych, jak również w zwalczaniu osteoporozy na Ziemi.

Diagnozowanie problemu zdrowotnych u astronautów wracających z długich misji kosmicznych

Po powrocie pierwszych astronautów na Ziemię zauważono, że cierpią oni na anemię kosmiczną – schorzenie polegające na niedoborze czerwonych krwinek, które odpowiadają za transport tlenu w organizmie. Kanadyjska Agencja Kosmiczna, korzystając z danych zbieranych przez ostatnie 50 lat, opublikowała wyniki badania MARROW, które pokazało, że anemia kosmiczna występuje u astronautów dopiero po lądowaniu na Ziemi, kiedy proces odwrotnego przepływu płynów w organizmie, związany ze zmianami grawitacji, zakończy się. Oprócz tego okazało się, że ilość krwinek czerwonych traconych przez astronautów jest proporcjonalna do czasu spędzonego w kosmosie, a leczenie trwa od jednego do trzech miesięcy w zależności od czasu trwania misji. W przyszłości zostaną przeprowadzone dodatkowe badania w celu sprawdzenia, czy ta tendencja będzie się utrzymywać przy dłuższych misjach kosmicznych.

Astronautka Anne McClain trzymająca instrument mierzący zmiany w szpiku kostnym przed i po wystawieniu na mikrograwitację.

Inna publikacja z badania MARROW, opisywała metodę mierzenia znaczników niszczenia krwinek czerwonych w ciele człowieka w ekstremalnych środowiskach. Polega ona na pomiarze wyeliminowanego tlenku węgla, wyprodukowanego przez organizm.

Sprzężenie zwrotne w warunkach mikrograwitacji

W grach wideo często wykorzystuje się wymuszone sprzężenie zwrotne na joysticku, takie jak wibracje czy opór, aby gracz wczuł się w akcję. Wykorzystała to Rosyjska Agencja Kosmiczna (Roscosmos). Przeprowadziła badanie Kontur, które miało na celu sprawdzić, czy sprzężenie zwrotne jest tak samo korzystne przy sterowaniu teleoperowanym robotem dla astronautów w mikrograwitacji jak dla operatorów na Ziemi.

Astronauta Roskosmos Oleg Novitsky biorący udział w eksperymencie Kontur-2.

Badanie skupiało się na dwóch zadaniach: astronauci musieli wykonywać szybkie i dokładne ruchy robotem, a później maksymalnie zmniejszyć kontakt z podłożem, gdy robot poruszał się po zakrzywionej powierzchni. Wyniki pokazały, że mikrograwitacja ma negatywny wpływ na kontrolę ruchów astronauty przebywającego sześć tygodni w kosmosie. Wykazano, że zastosowanie sprzężenia zwrotnego w misjach teleoperacji, pomaga astronaucie w kontrolowaniu ruchów i sterowaniu robotem. Badacze dodają, że konieczne będzie przeprowadzenie większej ilości eksperymentów z bardziej zróżnicowanymi zadaniami.

Badanie choroby Parkinsona i Alzheimera

Amyloidowe włókienka beta to agregacje białek zaangażowane w procesy zaburzeń neurodegeneracyjnych. Japońska Agencja Kosmiczna (JAXA) wysłała 4 próbki włókienek amyloidowych na Międzynarodową Stację Kosmiczną w celu porównania ich wzrostu w mikrograwitacji i na Ziemi. Mogą one pomóc w rozwoju leczenia m.in. chorób Parkinsona czy Alzheimera.

Norishige Kanai, astronauta JAXA, pracujący nad projektem Amyloid.

Wyniki badania opublikowane w 2020 roku wykazały, że włókienka utrzymywane w mikrograwitacji były bardziej skręcone. To może nam pomóc zrozumieć, jak skręty formują się w chorobach neurodegeneracyjnych. Dodatkowo okazało się, że próbki na ISS rosły o wiele wolniej, dzięki czemu możliwa będzie dokładna analiza mechanizmów tworzenia się tych włókienek. Obiecujące wyniki tego eksperymentu mogą wesprzeć rozwój nowych leków zapobiegających lub leczących zaburzenia neurodegeneracyjne.

Testowanie techniki ograniczania utraty mięśni

Niedawno opublikowano wyniki badania Rodent Research-3-Eli Lilly przeprowadzonego na ISS, które sprawdzało, czy hamowanie miostatyny (białka odpowiedzialnego za ograniczenie rozwoju mięśni) poprzez dostarczenie przeciwciał, może zapobiec utracie masy mięśni szkieletowych w środowisku mikrograwitacji. Podano te przeciwciała myszom dzień przed startem, a także po dwóch i czterech tygodniach przebywania w kosmosie. Co jakiś czas mierzone były ich siła i skład organizmu. Na koniec myszy były zamrażane, transportowane na Ziemię, gdzie poddano je dalszym badaniom.

Na zdjęciu przedstawiono system badający gryzonie. Po prawej znajduje się siedlisko gryzoni, w środku transporter, a po lewej jednostka do badań zwierząt.

Leczenie związane z miostatyną okazało się skuteczne, gdyż zapobiegło ono praktycznie jakiejkolwiek utracie masy i siły mięśni, a także serca myszy. Eksperyment nie wpłynął tylko na zmianę gęstości kości w mikrograwitacji – nie dał ani złych, ani dobrych efektów.

Odkrywanie tajemnic błyskawic

Podczas burz z piorunami, w górnej części atmosfery ziemskiej, wytwarzane są krótkie rozbłyski promieni gamma (TGF) – najbardziej energetyczne naturalnie występujące zjawisko na naszej planecie. Badacze zmierzyli te rozbłyski z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. The Atmosphere-Space Interactions Monitor (ASIM), projekt prowadzony przez Europejską Agencję Kosmiczną (ESA), przygląda się wyładowaniom elektrycznym na dużych wysokościach, takim jak przejściowe zdarzenia świetlne (TLE) i wspomniane wcześniej, TGF.

Zdjęcie przedstawia The Atmosphere-Space Interactions Monitor (ASIM) zamontowany na zewnątrz ISS.

W ostatnio opublikowanym badaniu naukowcy skorzystali z danych zebranych przez ASIM, aby odkryć relację między TLE i TGF. Instrumenty, użyte podczas eksperymentu, doprowadziły do ustalenia serii zdarzeń powodujących TGF. Badania mają pomóc nam zrozumieć, jak burze wpływają na atmosferę Ziemi.

Egzoplaneta odkryta przez małego satelitę

W 2017 roku mały satelita zbudowany przez NASA, ASTERIA, został wystrzelony z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, aby rozpocząć swoją misję obserwacji astrofizycznych i skomplikowanych pomiarów. Wśród nich było zadanie odnajdowania egzoplanet poprzez identyfikację zmiany jasności gwiazd – kiedy planeta przesuwa się w płaszczyźnie gwiazdy, przysłania jej część, co możemy zaobserwować jako chwilowe pociemnienie. ASTERIA jest pierwszym małym satelitą, który wykrył tranzyt egzoplanety.

Zdjęcie przedstawia satelitę ASTERIA chwilę po wystrzeleniu z ISS. ASTERIA jest satelita typu CubeSat.

Badanie skupiało się na obserwacji układu egzoplanetarnego 55 Cancri. Satelita zdołał wykryć 55 Cancri e, znaną egzoplanetę podobną do Ziemi, orbitującą gwiazdę podobną do Słońca. Mimo że dane zebrane przez satelitę nie pozwalały na identyfikację planety bez wcześniejszej wiedzy o niej, ten projekt jest dowodem na to, że nawet niedrogi satelita może przynieść przełomowe wyniki.

Utrzymywanie substancji w chłodzie

25 lat temu odkryto piąty stan materii, różniący się właściwościami od ciała stałego, cieczy, gazu czy plazmy. Już w 2018 roku, w laboratorium NASA Cold Atom Lab, znajdującym się na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, udało się po raz pierwszy uzyskać ten stan materii, nazywany kondensatem Bosego-Einsteina (BEC). Było to możliwe, dzięki ochłodzeniu atomów do ultraniskich temperatur, aby badać ich właściwości w sposób, jaki nie jest osiągalny na Ziemi.

Astronautka Christina Koch przy pracy w Cold Atom Lab (CAL).

W publikacji dotyczącej Cold Atom Lab z czasopisma naukowego Nature badacze opisują, jak stworzyli to wyjątkowe laboratorium, a także swój długoterminowy cel badania świata kwantowego w mikrograwitacji. BEC jest ważnym elementem dla fizyki kwantowej – wykazuje on cechy, jakie zwykle można zaobserwować tylko w pojedynczych atomach, umożliwiając analizę zjawisk w o wiele większej skali.

Mikrobiologiczny odcisk palca na stacji kosmicznej

Bakterie i grzyby, żyjące z nami w symbiozie, możemy znaleźć wszędzie – nawet w tak pozornie sterylnym miejscu jak Stacja Kosmiczna. Wiele z nich żyje z człowiekiem, przynosząc pożyteczne skutki. Nic więc dziwnego, że astronauci, przybywając na ISS, zabierają te mikroorganizmy ze sobą.

Astronauta NASA Jack Fischer pobierający próbkę z sufitu stacji kosmicznej.

Niedawno opublikowane wyniki badania NASA, Microbial Tracking-2, pokazują, że bakterie znalezione na ścianach Stacji Kosmicznej, odpowiadają tym na skórze astronautów. Ponadto, podobieństwo było tak widoczne, że naukowcy mogli określić zmiany w składzie załogi, analizując tylko i wyłącznie mikroby. Monitorowanie tych organizmów jest niezmiernie ważne dla zdrowia astronautów, a także może pomóc lepiej zrozumieć ich obecność we względnie zamkniętych środowiskach, takich jak szpitale.

Więcej informacji o najważniejszych odkryciach z tego roku znajdziecie w artykule: Podsumowanie 2020 roku w astronomii i astronautyce

Autor

Zofia Księżak