Правда ли что в космосе не стареют
Влияет ли скорость света на старение?
Феномен замедления времени в космосе долгое время волновал умы писателей-фантастов со всего мира. Вместе с тем, вопрос о том, как сильно воздействует перемещение астронавта со скоростью света на его биологические часы, впервые был описан в так называемом “парадоксе близнецов”, в котором астронавт совершает путешествие в космос на скоростной ракете, а его брат-близнец остается на Земле. Считается, что по возвращению на голубую планету, астронавт обнаружит своего близнеца постаревшим, в то время как внешний вид самого космического путешественника останется едва ли не прежним.
Скорость света может оказывать сильное влияние на процессы старения, происходящие в организме астронавтов
Почему скорость света замедляет время?
Замедление времени восходит к специальной теории относительности Эйнштейна, которая учит нас, что движение в пространстве на самом деле создает изменения в потоке времени. Чем быстрее вы движетесь сквозь три измерения, которые определяют физическое пространство, тем медленнее вы движетесь через четвертое измерение, которое, по сути, представляет собой время. Время в таком случае измеряется по-разному для астронавта и его близнеца, который оставался на Земле. Часы в движении будут тикать медленнее, чем часы, которые мы наблюдаем на Земле. Вместе с тем, если астронавт будет двигаться со скоростью, близкой к скорости света, эффект будет гораздо более выраженным.
Согласно статье, опубликованной на портале technologyreview.com, замедление времени не является мысленным экспериментом или гипотетической концепцией — оно реально. Эксперименты Хафеле-Китинга, проведенные в далеком 1971 году, доказали уникальную возможность практически полностью остановить время в тот момент, когда двое атомных часов находились на самолетах, летящих в противоположных направлениях. Относительное движение оказало измеримое влияние, создав некоторую разницу во времени между двумя часами. Подобное явление также было подтверждено в других физических экспериментах (например, быстро движущиеся мюонные частицы подвержены более долгому распаду, чем все остальные).
Ричард Китинг и Джозеф Хафеле, доказавшие возможность замедления времени
В современной науке считается, что именно на “релятивистских скоростях”, которые обычно начинаются от одной десятой скорости света, так или иначе проявляются эффекты относительности. В таком случае, астронавт, возвращающийся домой из космического путешествия, по возвращении будет выглядеть значительно моложе своих друзей и представителей семьи того же возраста, которые остались на Земле. Вопрос о том, насколько именно моложе он он будет выглядеть, будет прямо зависеть от скорости космического корабля.
Вместе с тем, существует еще один момент, который стоит упомянуть: время может замедляться не только из-за влияния скорости света, но и в результате воздействия на него некоторых гравитационных эффектов. Возможно, вы видели фильм Кристофера Нолана «Интерстеллар», в котором показано, что близость черной дыры способна буквально растягивать время на другой планете, превращая один проведенный час на планете Миллер в эквивалент семи земных лет.
Подобная форма замедления времени также реальна, что доказывается в общей теории относительности Эйнштейна. Гравитация в таком случае может значительно искривлять материю пространства-времени, заставляя часы, расположенные ближе к источнику гравитации, подвергаться гораздо более медленному течению времени, чем обычно. Астронавт, оказавшийся в непосредственной близости от черной дыры, постареет гораздо позже, чем его брат-близнец, решивший остаться дома. Подобная ситуация, пожалуй, может стать отличным сценарием для нового голливудского блокбастера.
Говорят, в космосе стареют медленнее
Был эксперимент с астронавтом Скоттом Келли, который провёл на орбите год. Эксперимент провели для того, чтобы выяснить, как именно влияет на организм человека пребывание в космосе. Вообще считается, что в космосе человек стареет быстрее. Биологически быстрее.
Биологический возраст измеряется по так называемым теломерам. Теломеры — это концевые участки хромосом. Чем они длиннее, тем моложе организм. Считается, что с возрастом их длина уменьшается. Также с возрастом меняется и метилирование ДНК. Это связано с эпигенетическими изменениями в организме. По этим признакам с довольно высокой точностью и определяется возраст организма.
Так вот, у Скотта Келли есть брат близнец, который оставался на Земле, пока Скотт предавался стрессам, радиации, невесомости и прочим «радостям» космической жизни. В то же время Марк на Земле соблюдал ту же диету и примерно тот же режим дня и нагрузки, что и Скотт. Теперь, когда Скотт вернулся, над обоими братьями проводят всякие эксперименты, чтобы выяснить, насколько же сильно нездоровый образ жизни космонавта состарил его организм. У кого теломеры окажутся длиннее, тот и победил 🙂
Однако, несмотря на то, что Скотт стареет быстрее биологически, в физическом времени он стареет таки медленнее. Учитывая скорость движения МКС (примерно 27000 км/ч), можно подсчитать, согласно Эйнштейновской Теории Относительности, что для Скотта время шло на 28 микросекунд за каждый день медленнее, чем для Марка. Однако, согласно той же теории, из-за высоты орбиты МКС (около 400 км), где гравитации Земли чуть меньше, время для Скотта, напротив, шло чуть быстрее. Но ускорение составит всего порядка 3 микросекунд на каждый день. Так что общая разница составит примерно 25 микросекунд в день. Что для года на орбите будет равняться примерно 9 миллисекундам. Тогда можно сказать, что Скотт стал моложе своего брата Марка на 9 миллисекунд (упустим тот факт, что Скотт и так родился на 6 минут позже Марка).
Сможет ли физическое время в 9 миллисекунд компенсировать биологическое старение Скотта? Очень вряд ли. Да и нам с вами это, скорее всего, не расскажут, т.к. NASA по этическим соображениям не собирается разглашать результаты этого исследования. По крайней мере до тех пор, пока Скотт и Марк не разрешат опубликовать свою историю болезней и полные данные о состоянии своего физического здоровья до, во время и после эксперимента.
Как люди стареют в космосе
Космонавты вроде тех, что находятся на МКС (Международная Космическая Станция), движутся по орбите очень быстро. Процесс их старения происходит чуть медленней, нежели у остальных людей. Благодаря физическому эффекту, известному как «замедление времени», вернувшийся из шестимесячного пребывания на МКС человек оказывается на самую малость, но моложе своих земных ровесников.
Однако перед тем, как преисполненные жаждой вечной молодости читатели бросятся бронировать билет в космос, необходимо сделать небольшое уточнение: космонавтами не был открыт пресловутый «фонтан молодости». В буквальном смысле выбраться за пределы времени для человека, увы, пока невозможно. На деле возрастной выигрыш, который дарит пребывание вне Земли, равен всего 0,007 секунды, согласно подсчетам ученых.
Стоит заметить, что тема вечной молодости – не главный объект обсуждения исследователей, изучающих старение человеческого тела в космосе. Но, будучи заинтересованными в поиске сокровенного источника бессмертия, важно в первую очередь понять сам процесс старения, а именно возрастные изменения, которые претерпевает организм на Земле.
С приходом определенного возраста многие системы органов теряют былой тонус и работоспособность. Как правило, со временем кости становятся более хрупкими, кровеносные сосуды изнашиваются, мышцы постепенно атрофируются, в суставах уменьшается подвижность, начинает привередничать пищеварительная система, мочевой пузырь пугает своей непредсказуемостью, зубы лишаются прежней прочности, падает зрение, кожа теряет эластичность и так далее.
А вот в космосе в отношении всех признаков старения наблюдаются свои особенности. В то время, как большинству людей для того, чтобы почувствовать признаки старости, необходимы десятилетия, космонавты, базирующиеся на орбитальной станции, некоторые из них ощущают в формате ускоренной перемотки. Многие из приобретенных таким образом свойств оказываются обратимыми сразу по возвращении на родную планету, однако кое-что может остаться и навсегда.
Фото: Nasa
Интенсивные изменения тела провоцируются отсутствием гравитации в среде обитания космонавтов. Для систем организма человека роль силы притяжения оказывается крайне важной. Например, если рассматривать мышцы: у пожилых людей они теряют прежнюю подвижность и гибкость, отдельные волокна атрофируются, объем мускулов значительно уменьшается. Мускулатура человека в космосе ведет себя похожим образом по причине того, что в ее использовании пропадает всякая необходимость. Именно поэтому на орбитальных станциях предусмотрены специальные тренажеры, призванные сгладить подобный эффект в случаях длительного пребывания в невесомости.
Аналогичные процессы происходят и в костях. В большинстве случаев после достижения определенного возраста костная масса у человека начинает постепенно снижаться, примерно на 1-2% в год. Но в космосе потеря массы идет в куда более быстром темпе: на 1-2% в месяц. Поскольку на скелет космонавта перестает приходиться нагрузка за поддержание веса тела, новая костная ткань перестает вырабатываться в прежней мере, тогда как одновременно с этим увеличивается поглощение старой костной ткани. К счастью, спустя некоторое время после возвращения на твердую землю столь решительные изменения прекращаются и костная система приходит в норму.
Таким образом, несмотря на экономию 0,007 секунды жизни, космонавты продолжают испытывать на себе признаки затяжного процесса старения. Ученые работают над исследованиями механизмов происходящего, попутно стремясь обнаружить способ его преодоления. Открытия в этой области способны не только улучшить условия космических полетов, снизив неблагоприятное влияние на организм человека, но и помочь сделать жизнь на Земле лучше.
Поделитесь постом с друзьями!
Как меняется тело человека в космосе: подробный разбор
Космонавты и астронавты, возможно, самые изученные люди в мире. Они находятся под постоянным надзором врачей и ученых, которые пытаются разобраться в том, как меняется тело в космическом полете. На них поставлены тысячи экспериментов, хотя часто даже специалисты не могут сказать, какие результаты вызваны воздействием факторов космического пространства, а какие — индивидуальными особенностями организма. Этот вопрос стал особенно актуален в связи с новыми планами отправить экспедицию на Марс, которые озвучили США, Китай, Евросоюз и Россия.
Разумеется, костная и мышечная ткани деградируют у всех: без постоянных занятий на тренажерах потеря массы костей таза в космосе может достигать 1−2% в месяц. Микрогравитация вызывает и перераспределение жидкости в организме, рост внутричерепного давления и нередко приводит к нарушениям зрения из-за деформации глазных яблок. Эти эффекты известны давно, но если вести речь о деталях, то не всегда удается понять, с чем мы столкнулись — с обычным унаследованным свойством организма или с результатом полета в космос.
Для этого можно использовать близнецовый метод. Геномы однояйцевых близнецов идентичны и позволяют увидеть чистые эффекты воздействия среды. Тут ученым «помогло несчастье»: после того как жена астронавта Марка Келли пострадала в теракте, он оставил карьеру, посвятив себя семье и общественной деятельности. Однако в NASA остался его близнец: братья все делали вместе и для подготовки были отобраны еще в 1996 году, успев совершить по несколько полетов. Прежде параллельно на Земле и в космосе исследовали разве что «близнецов» мух и мышей.
Имя: Скотт Джозеф Келли
Место и дата рождения: 21.02.1964, США
Профессия: летчик ВМФ, астронавт NASA. В отставке с 2016 года
Семейное положение: женат, двое детей
Общая продолжительность космических полетов: 520 дней
27.05.2015 — 1.03.2016: на борту МКС, в составе 45-й и 46-й долговременных экспедиций
Имя: Марк Эдвард Келли
Место и дата рождения: 21.02.1964, США
Профессия: летчик ВМФ, астронавт NASA. В отставке с 2011 года
Семейное положение: женат, двое детей
Общая продолжительность космических полетов: 54 дня
27.05.2015 — 1.03.2016: на Земле
Нельзя было упустить редкий шанс, и в 2015 году Скотт Келли отправился на МКС, где провел год в компании космонавта Геннадия Падалки. Его брат оставался на Земле, выступив контрольным объектом, и вел свою обычную жизнь, лишь осложненную бесконечными обследованиями и тестами. Работа с этими данными велась в обстановке строгой секретности: ученые имели дело с уникальным для медицины случаем, когда личности подопытных известны всему миру. Их невозможно скрыть за анонимным индексом, и если даже сами астронавты решили бы разгласить свои генетические данные, то никто не знает, чем это может обернуться для их потомков. Только сегодня, в 2018 году, участники «близнецового исследования» NASA готовятся представить окончательные результаты 383 проведенных экспериментов. Но предварительные выводы уже известны: теперь мы куда лучше понимаем, какими последствиями грозит долгий полет к Марсу для участников экспедиции — американской, российской или международной.
Клеточные ферменты, которые копируют ДНК, не могут синтезировать новую молекулу с самого конца цепочки, поэтому с каждым удвоением она слегка укорачивается. Чтобы этот процесс не затронул важные участки ДНК, их концы защищены длинными, ничего не значащими повторами теломер. Однако со временем и они деградируют. Поэтому обычная клетка нашего организма способна разделиться лишь около 50 раз и вскоре после этого погибает. Постепенное укорачивание теломер считается одним из факторов старения. Теломеры Марка почти не изменились, а вот у Скотта за 340 дней полета успели даже «подрасти», хотя уже через 48 часов после посадки вернулись к нормальной «земной» длине. Предварительно это связывают с активными упражнениями и низкокалорийной диетой, которым Скотт был волей-неволей привержен все 340 дней полета.
За год в космосе Скотт заметно похудел. Несмотря на нормальное питание и почти двухчасовые занятия спортом шесть дней в неделю у него отмечена деградация костной ткани. Зато содержание в крови фолатов — маркеров активного обновления организма, кроветворения, регенерации эпителия кожи и слизистых — стало выше, чем у Марка. Возможно, это также связано с более здоровым образом жизни астронавта, а потеря веса вызвана стрессом и развитием воспаления.
На сегодня не существует технологий, позволяющих распознать ДНК идентичных близнецов по последовательностям их нуклеотидов. Теоретически они различаются лишь небольшим числом мутаций, однако в космосе у Скотта появилось несколько новых. Это неудивительно с учетом количества радиации, полученного астронавтом, — примерно в 24 раза больше, чем досталось его земному брату от естественной фоновой радиации.
Для исследования состояния сосудов Скотта был собран специальный аппарат УЗИ, которым астронавт пользовался на МКС самостоятельно, по командам ученых, работавших в Центре управления. Выяснилось, что за время полета стенки его сонной артерии стали заметно толще, чем у Марка. Пока неизвестно, насколько постоянны эти изменения, являются ли они результатом пребывания на орбите или же возрастного атеросклероза.
Комментарий Скотта: «Космос — это фонтан вечной молодости!» (zloytexnic: сарказм, да?)
В космосе у Скотта отмечались повышенные количества аквапорина 2 — белка, который формирует поры для транспорта воды через мембраны клеток почек. Параллельно этому выросло и содержание натрия в плазме крови: все это — признаки дегидратации организма. Дело, конечно, не в нехватке влаги: за время полета астронавт выпил более 730 л воды, полученной после переработки мочи. Однако жидкости в теле, оказавшемся за пределами сильной гравитации Земли, перераспределились. Порядка 2 л ее переместилось от нижних конечностей Скотта, вызвав соответствующие эффекты, включая повышенное внутричерепное давление и ослабление зрения.
Комментарий Бринды Раны, руководительницы проекта: «Потеря костной массы, атеросклероз, нарушения зрения — вам это ничего не напоминает. Именно: это как старение».
7. Когнитивные способности
До, в течение и после годовой миссии Скотта оба близнеца регулярно проходили тесты для оценки эмоционального состояния и когнитивных способностей — внимания, памяти и т. п. Существенных различий между Скоттом и Марком не обнаружилось, и пребывание в космосе не сказалось на выполнении сложных заданий. Но вот сразу после возвращения на Землю Скотт отвечал на вопросы тестов медленнее и хуже обычного. Психологи связывают послеполетное снижение координации и когнитивных способностей с адаптацией организма к условиям земной гравитации.
Комментарий Скотта: «Я пробовал дойти до кровати… Но уже на третьем шаге пол встал на дыбы, и я рухнул на кадку с комнатными растениями».
Тонкая регуляция генной активности может производиться небольшими химическими модификациями ДНК. Такие эпигенетические изменения определяются индивидуальным опытом, накапливаются в течение жизни и наследуются лишь частично. Кстати, именно по ним экспертам удается различить ДНК даже идентичных близнецов — и у Скотта с Марком не совпадают сотни таких участков, а после 340 дней в космосе их стало намного больше. Два года спустя после возвращения Скотта из полета 93% генов вернулись в норму, но остальные так и остались «дерегулированными». Среди них гены, связанные с адаптацией к гипоксии, с ферментом теломеразой (которая может удлинять сократившиеся теломеры), с синтезом коллагена (белковой основы костной ткани) и т. п.
Пробы крови позволили отслеживать появление белковых факторов воспаления, цитокинов, а также жирных кислот — повышение их уровня вызывается нарушением обмена липидов и также служит признаком воспалительных процессов. Оба маркера указали на развитие у Скотта хронического воспаления, которое продолжалось все время его пребывания в космосе. Некоторые цитокины сохранялись выше нормы еще около полугода после возвращения. Кстати, воспаление может вызывать развитие инсулинорезистентности, но организм Скотта адаптировался к этому, повысив количество белков, участвующих в метаболизме глюкозы.
Непосредственно перед полетом и сразу после него оба близнеца прошли вакцинацию от гриппа. Существенной разницы между Скоттом и Марком обнаружено не было: у обоих возникал нормальный иммунный ответ, в крови выявлялись ослабленные и мертвые вирусные частицы, и к ним вырабатывались антитела.
Келли не с Падалкой год на МКС работал, а с Владимиром Корниенко. Падалка с ними только какое-то время провел.
Блин, кто это писал. Хоть бы саму «Endurance: A Year in Space, A Lifetime of Discovery» Скотта Келли прочитали… или в википедии посмотрели.
Самые важные космические события 2021 года: вертолёт на Марсе, космический туризм и прикосновение к Солнцу
Сразу три миссии, запущенные в прошлом году, достигли Марса в начале текущего. Орбитальные аппарат ОАЭ «Надежда» изучает климат и погоду Красной планеты.
Китай с первой попытки доставил и орбитальный аппарат, и марсоход, что для ракетно-космической отрасли просто беспрецедентно, став второй страной в истории, успешно реализовавшей марсианскую миссию (советский «Марс-3», хоть и совершил мягкую посадку, но проработал на Красной планете 11 секунд).
Ну и конечно марсоход Perseverance, вместе с которым в небе над Марсом совершает один за другим полёты дрон «Изобретательность» (Ingenuity).
Срок службы МКС подходит к концу. NASA активно развивает частные инициативы по созданию орбитальных станций у Земли, но тут снова отличился Китай, роверы которого бороздят просторы Луны и Марса, запустив собственную околоземную станцию «Тяньгун».
Долгострои полетели в космос
Начнём с того, что отправкой двух модулей, «Наука» и «Причал», завершено строительство российского сегмента МКС.
Наконец-то вчера запущен космический телескоп имени Джеймса Уэбба, на который возлагаются огромные надежды по поиску экзопланет и, как знать, возможно, свидетельств их обитаемости.
Из-за пандемии перемещение по планете стало затруднительным, чего нельзя сказать о полётах в космос. Под конец года вообще создалось впечатление, что с 2022-го года о космических туристах мы будем слышать так часто, что это станет таким же рядовым событием, как перелёты на самолёте. Совсем недавно Blue Origin отправили в космос сразу 6 человек, что на сегодня является рекордом.
Ричард Брэнсон на космоплане Unity тоже летал в компании ещё пяти человек (три туриста и два пилота), но достиг высоты в 86 километров, что считается космосом только по американским меркам, так что предлагаю считать, что рекорд за Безосом. При этом выше всех, на 580 км, слетали туристы миссии Inspiration4 от SpaceX.
Освоение Луны откладывается
К сожалению, в деле освоения нашего спутника в уходящем году нас ожидали только переносы.
И отечественная миссия «Луна-25», и индийская «Чандраян-3», и первый полёт по программе «Артемида» перенесены на 2022-й год.
Выручают тут снова китайцы, правда, аппаратами, которые запущены в 2020 году. Станция «Чанъэ-5» (основной блок лунного аппарата, доставившего ранее образец лунного вещества на Землю) сначала в марте вышла в точку L₁ системы «Солнце — Земля», затем в сентябре снова начала движение к Луне. На протяжении всего 2021 года продолжал исследование поверхности обратной стороны Луны луноход «Юйту-2». Продолжает свою работу и аппарат «Цюэцяо» в точке Лагранжа L₂ системы «Земля — Луна», основной задачей которого является ретрансляция сигналов с «Юйту-2» и посадочной платформы.
Зато мы исследуем Солнце
Впервые в истории человечество, с помощью космического аппарат, буквально прикоснулось к Солнцу: американский зонд Parker Solar Probe впервые «коснулся» Солнца и прошел через корону. Аппарат пролетел через корону Солнца и взял оттуда образцы частиц и провел замеры магнитных полей. Как заявил заместитель директора NASA по научным вопросам Томас Цурбухен, это «знаковый момент для изучения Солнца и поистине замечательное достижение».
Дальний космос под пристальным взором человечества
Сюда же можно отнести и телескоп имени Джеймса Уэбба, но пусть он будет в долгостроях. Под конец года был запущен рентгеновский телескоп IXPE, который позволит человечеству изучать «экстремальные и загадочные» космические тела.
Немного раньше был запущен аппарат DART, который буквально протаранит 160-метровый астероид Диморф, обращающийся вокруг 750-метрового астероида Дидим, чтобы попытаться изменить его траекторию.
Не только таранить, но и изучать. За месяц до DART космический аппарат «Люси» отправился в свою 12-летнюю миссию по изучению троянских астероидов Юпитера. Считается, что троянские астероиды могут содержать ключи к пониманию ранней Солнечной системы — и, возможно, даже к разгадке происхождения органического материала на Земле (так как именно Юпитер мог «стрелять» ими по нашей планете на ранних стадиях развития нашей планетной системы).
Представляете, какие открытия ожидают человечество?
Ещё в октябре 2018 года к Меркурию, ближайшей к Солнцу планете, отправился зонд Европейского космического агентства «БепиКоломбо». В августе 2021 года он с пролётной траектории провел исследование Венеры, а в октябре впервые пролетел мимо основной своей цели — Меркурия. Второй пролёт состоится 23 июня 2022 года, а на орбиту, спустя ещё 6 пролётов, аппарат выйдет в 2025 году. Миссия уникальна тем, что других запусков к Меркурию в настоящее время не планируется.
Японский аппарат «Хаябуса-2» после доставки второй порции астероидного вещества (впервые вещество было доставлено с астероида Итокава аппаратом миссии «Хаябуса», целью этой миссии был астероид Рюгу) получил продолжение своей миссии, которая теперь предусматривает пролёт мимо одного из небольших астероидов летом 2026 года и выход на орбиту вокруг второго летом 2031 года.
Американская станция OSIRIS-REx провела весной 2021 года последние исследования небольшого астероида Бену, около которого она вращалась с конца 2018 года. Со взятыми с его поверхности образцами вещества в мае прошлого года она начала движение к Земле. Прибытие ожидается в сентябре 2023 года.
Совершенно потрясающим является тот факт, что продолжают свою миссию американские космические аппараты «Вояджер-1», «Вояджер-2» и «Новые горизонты». Первые два были запущены аж в 1977 году, поэтому информация, которую они передают с расстояния более 155 а. е., по-настоящему уникальна. Зонд «Новые горизонты», исследовавший ранее Плутон и объекты из пояса Койпера, может функционировать примерно до 2035 года, пока будет хватать запасов топлива для ориентации и не иссякнут источники радиоизотопного термоэлектрического генератора.