#AESASpazio: Simulare lo Spazio dalla Terra “We have space at home”
Immagina: sei un astronauta, e stai per partire verso Marte. La navicella è attrezzata con viveri per i prossimi tre anni, e probabilmente c’è qualcosa che non va col tuo cuore, perché lo senti rimbombare in fondo alla tua gola. 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1… un boato, luci, una forza che ti ruba il fiato dai polmoni e le parole dalla bocca, ma in un istante è già finita, sei nel vuoto, e allora arrivano le vertigini e la nausea. Guardi il tuo compagno alla tua sinistra, è uno psicologo; ti sta sorridendo, e ti dici che sarà un trucco del mestiere. Guardi davanti a te, il buio, le lucine lampeggianti, il pannello dei comandi, e un pensiero ti punzecchia: “C’è qualcosa di diverso…”.
Andare nello spazio è un’esperienza indubbiamente emozionante, ma anche provante sotto numerosi punti di vista. I sintomi sopra descritti sono ben noti agli scienziati, non solo grazie ai numerosi resoconti degli astronauti di ritorno dai viaggi spaziali; alcuni esperimenti, infatti, sono svolti molto più vicino di quanto si possa pensare.
Contrariamente a ogni aspettativa, molto di quello che sappiamo sugli effetti dello spazio deriva da studi condotti sulla Terra.
Le ragioni sono molteplici: mandare attrezzatura medica sofisticata in orbita risulterebbe complesso e costoso, alcuni campioni biologici vanno analizzati rapidamente in laboratorio, e risulterebbe difficile testare determinate condizioni durante il volo (come la guarigione di una frattura). Inoltre, i test condotti sulla Terra sono di fondamentale importanza per prevedere le reazioni umane – fisiologiche e psicologiche – a missioni mai testate prima, come i viaggi su Marte: solo così si potrebbe anticipare la risposta a un isolamento prolungato, a una diversa distanza dal Sole, e alla specifica gravità marziana. Insomma, non saranno impressionanti come un viaggio sulla ISS, ma i ground experiment sono da decenni parte integrante della ricerca di ogni agenzia spaziale.
Uno dei primi test di adattamento allo spazio che sia mai stato condotto nella storia della ricerca spaziale prende il nome di bed rest: il soggetto giace su un letto reclinato a -6°, per un periodo continuativo che può andare da qualche ora a diversi mesi. In questa particolare configurazione, il sangue si ridistribuisce nel corpo in modo completamente analogo a un ambiente a 0 g: ciò consente di monitorare l’adattamento, nel tempo, dei vari sistemi e apparati dell’organismo, nonché del recupero al termine dell’esperimento. Affinché la simulazione funzioni, i volontari non devono mai abbandonare il letto, in uno stato di parziale immobilità: mangiare, allenarsi, lavarsi, tutto rigorosamente a -6°.
Tra i principali effetti fisiologici del bed rest, si osserva un aumento della frequenza cardiaca, un calo del peso corporeo, e sintomi come vertigini, mal di testa, e congestione nasale.
Alla fine del periodo “orizzontale”, avviene il riadattamento alla gravità terrestre, la cui durata dipende dal tempo trascorso in bed rest. I sintomi sono gli stessi provati quando, d’estate, ci si alza in piedi di colpo: vista offuscata, capogiri, senso di svenimento…
Sorge spontanea la domanda: perché sottoporsi a tutto ciò?
La risposta è molto semplice. Nel 2019, un esperimento congiunto NASA-ESA di bed rest di 60 giorni ha visto entrare, nelle tasche di ognuno dei 24 volontari, ben 16.500€ per il disturbo. Sono ben 82.500 Goleador, o 35 set Lego della Torre di Barad-dûr!
Se per simulare la microgravità è sufficiente un lettino inclinato, riprodurre sulla Terra un ambiente di ipergravità (utile, per esempio, a studiare le sollecitazioni durante il rientro atmosferico) è tutto un altro paio di maniche.
I ground experiment sono, in questo caso, di due tipi: le centrifughe, e i voli parabolici. Entrambi vengono utilizzati regolarmente dalle agenzie spaziali per formare gli astronauti agli ambienti di ipergravità, abituandoli alle elevate sollecitazioni che dovranno sopportare durante la fase di rientro atmosferico: non è raro, infatti, toccare valori di picco fino a 11g per un rientro balistico, da affrontare, tra l’altro, dopo svariati mesi di microgravità. La centrifuga è una macchina composta, in genere, da un rotore centrale e da un braccio a cui è fissato il sedile con il malcapitato di turno; la rotazione della centrifuga simula, tramite la forza centrifuga agente all’estremità, un’ipergravità artificiale e regolabile tramite la variazione della velocità angolare del rotore. Gli astronauti devono dimostrare di essere in grado di svolgere compiti complessi nonostante i sintomi riscontrati, talvolta molto gravi: chiusura della gola e difficoltà nel parlare, visione grigia, fino alla perdita di coscienza.
Se i test sugli umani sono, per motivi di sicurezza, di breve durata, molto più intensi sono gli esperimenti svolti su piante e roditori: simili prove sono utili per verificare gli effetti di una lunga esposizione a forze g elevate, nonché la compatibilità di tali accelerazioni con la vita in generale. Inoltre, considerati i numerosi effetti negativi della microgravità, la ricerca di un valido sistema di gravità artificiale è una sfida intrinsecamente legata all’espansione umana nel Sistema Solare, e tuttora irrisolta.
Uno degli esperimenti più rilevanti in questo contesto ha avuto luogo nel 2023 in Olanda: sei topi sono stati sottoposti per un totale di 14 giorni a un ambiente di 3g tramite centrifuga. Al termine del test, i topi avevano perso il 15% del loro peso iniziale, a causa del maggior dispendio energetico legato all’ipergravità; inoltre, sono stati osservati un calo del testosterone e della produzione di spermatozoi maturi, insieme a una maggiore variabilità dell’mRNA.
Insomma: sia la micro- sia l’ipergravità comportano un notevole impatto fisico sull’individuo, ma, nel secondo caso, resta da capire se i cambiamenti fisici siano irreversibili.
Un viaggio nello spazio non è soltanto una prova fisica, ma anche psicologica: i principali esperimenti in questo ambito sono quelli che indagano le reazioni umane all’isolamento. La solitudine prolungata è diventata un tema centrale degli ultimi anni, coi viaggi marziani che sono entrati nel mirino di molte agenzie spaziali: una missione su Marte necessiterebbe di almeno dodici mesi di viaggio tra andata e ritorno, a cui si aggiungerebbe il tempo trascorso sul Pianeta Rosso. Non serve essere uno psicologo per intuire che trascorrere ogni giorno, ogni ora, con le stesse cinque persone per due anni a 225 milioni di chilometri da casa possa essere un pochino d’impatto sulla psiche di un individuo.
Le simulazioni, quindi, vedono spesso un piccolo gruppo di volontari che si ritrovano per qualche mese completamente isolati dalla civiltà; spesso vengono portati in luoghi fisicamente remoti, per contribuire all’immersione nell’esperienza. Dei partecipanti vengono monitorati lo stato di salute fisica, psicologica, e le dinamiche sociali.
L’esperimento più lungo finora è avvenuto tra il 2010 e il 2011, per una durata complessiva di 17 mesi: Mars500. Per 520 giorni, un gruppo di sei volontari ha simulato una missione marziana nella sua interezza, dal decollo al rientro, compreso un periodo abitativo sulla superficie marziana. I partecipanti dovevano operare come avrebbero fatto degli astronauti nella realtà, dagli esperimenti, alla manutenzione, all’esercizio fisico, alla gestione delle risorse; vennero simulate persino alcune emergenze.
Il setup sperimentale comprendeva un totale di 550m3 di ambiente isolato, suddiviso in cinque moduli: il modulo abitativo, il modulo medico e il modulo di supporto (con una serra, una palestra, una sauna e un magazzino), il lander, e l’habitat marziano.
L’impatto sui partecipanti si è manifestato sia fisicamente sia psicologicamente. Nei mesi iniziali, si era creato un gruppo molto stretto: i volontari trascorrevano molto tempo insieme, senza manifestare difficoltà linguistiche o barriere culturali, e i pochi attriti venivano superati in maniera spontanea. Nel corso dei mesi, però, i rapporti sono andati scemando: ogni partecipante si è chiuso in sé stesso (si riporta, ad esempio, che ciascun volontario ha trascorso 700 ore nel proprio letto in più rispetto al viaggio di andata), e le attività di gruppo erano diventate una rarità.
Da un punto di vista fisico, i partecipanti avevano iniziato a soffrire di disturbi del sonno di varia natura: tre avevano sviluppato problemi di ipersonnia, uno di insonnia e di depressione.
Con le missioni spaziali che diventano sempre più complesse, anche lo sforzo richiesto agli astronauti diviene sempre più oneroso, e magari arriverà il giorno in cui neanche le simulazioni terrestri saranno più sufficienti.
Fortunatamente, oltre a immobilità, centrifughe, e isolamento, ci sono anche esperimenti molto più piacevoli.
Ad esempio: sapevi che alcune illusioni ottiche non funzionano in microgravità?
Lo dimostra un esperimento del 2005 condotto su un volo parabolico, una tecnica sperimentale terrestre che alterna iper e microgravità: necessita di un aereo (nelle simulazioni firmate ESA, un A300) che, in un primo momento, salga rapidamente con un angolo di beccheggio di 45°, e successivamente tolga la spinta ai motori. Se si è sufficientemente forti di stomaco, questo consente di alternare sollecitazioni a 2g e 0g, prestandosi molto bene a test di varia natura.
Nel test del 2005, durante la fase a 0g, ai partecipanti sono state sottoposte alcune illusioni ottiche di vario tipo: è stato osservato che le illusioni basate sulla profondità e sulla prospettiva (T invertita, illusione di Müller-Lyer, di Ponzo, di Hering) smettevano di funzionare quando viste in microgravità, mentre quelle basate sulla geometria (illusione di Zöllner, di Poggendorff) continuavano a ingannare.
La prova suggerisce pertanto che alla base della nostra vista ci sia sempre la gravità: allontanarsi dalla Terra significa vedere la stessa realtà che ci circonda in un modo diverso.
L’immensità dello spazio è qualcosa che affascina l’umanità da secoli, ma che a tutt’oggi pone numerose sfide da risolvere; per farlo, uno sforzo congiunto tra gli esperimenti in orbita e quelli sulla Terra non è solo utile, ma necessario. Con la complessità delle missioni in aumento, anche le simulazioni diventano sempre più articolate; tuttavia, non manca mai il desiderio di contribuire, con la consapevolezza di aver spinto l’umanità un passo più vicina alle stelle.
Nonostante Marte sia ancora lontano, anche dopo la sua conquista non si smetterà sicuramente di fare ricerca, per trovare le soluzioni che ci porteranno ancora oltre; in ogni caso, sappiamo che, ovunque atterreremo, vedremo la realtà con occhi diversi.
A CURA DI
Matilde Peci
Fonti:
Bed rest:
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9492851/#s6 https://www.nbcnews.com/mach/science/60-days-bed-pays-19-000-chance-protectastronauts-ncna988126
Ipergravità:
https://blogs.esa.int/luca-parmitano/it/2013/04/24/lets-centrifuge-some-questions/ https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10540970/
Mars500:
Illusioni ottiche:
Immagini:
Figura 2-9: https://commons.wikimedia.org/wiki/Main_Page
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