Az aggyal játszanak a kozmikus részecskék?

Az embernek sok minden átfut a fején amikor álomba merül, Christer Fuglesang azonban a Nemzetközi Űrállomáson (ISS) megtapasztalhatta, milyen az amikor ez szó szerint végbemegy.

Az ESA űrhajósa első éjszakáján szemeit lehunyva lebegett hálózsákjában, amikor hirtelen egy halvány fényudvarral övezett fehér foltot látott. A jelenség egy pillanatig tartott, Fuglesang azonban azonnal rájött mi zajlott le. "Hallottam ezekről a dolgokról és nagyon örülök, hogy végre megtapasztaltam egyet" - mondta.

Azóta, hogy Buzz Aldrin és Neil Armstrong elsőként tett jelentést a villanásokról, amit az Apollo 11 küldetés során éltek át, több tucat űrhajós látta őket. A NASA az Apollo 11 visszatérése után azonnal vizsgálatot rendelt el, ami azt a következtetést vonta le, hogy a villanások, az úgynevezett "foszfének" a kozmikus sugárzás gyorsan mozgó részecskéinek következményei, melyek keresztül suhannak a szemgolyón. A vizsgálat szerint a jelenség ártalmatlan.

A legfrissebb kutatások szerint korántsem ilyen megnyugtató a dolog. A fényvillanásokat előidéző részecskék közvetlenül hathatnak az agyra, stimulálva vizuális feldolgozó területét, véli Livio Narici, az Olasz Nemzeti Atomfizikai Intézet fizikusa, ami két okból is aggályos.

Elsőként az űrhajósok egészségének szempontjából. "Még nem tudjuk vannak-e hosszú távú egészségi hatásai" - mondta Narici. Az űrsiklón vagy az űrállomáson ez nem különösebben jelentős tényező, a Föld mágneses mezeje ugyanis a részecskék többségét kordában tartja, egy hónapokig tartó Mars-utazásnál azonban már egészen más lehet a helyzet. Másrészről a részecskék hatással lehetnek az asztronauták felfogóképességére. Ha a részecskék képesek befolyásolni a vizuális kérget, akkor ezt az agy más területein is megtehetik. A részecskék hatására az űrhajósok hirtelen különös - a valóságban nem létező - szagokat érezhetnek, vagy rejtélyes hangokat hallhatnak, ami ha pont egy bonyolult leszállási manővernél következik be, ahol minden pillanat feszült figyelmet kíván, akkor igen drámai következményekkel járhat.

Tagadhatatlan, a foszfének gyakorta előfordulnak még földkörüli pályán is. Fuglesang felmérése szerint az űrhajósok 80%-a látja ezeket a fényvillanásokat űrutazása során. Legtöbbször akkor észlelik, amikor le van csukva a szemük, az 59 megkérdezett közül 12-en jelezték, hogy a villanások megzavarták alvásukat. Hárman nyitott szemmel is látták a jelenséget, jól megvilágított közegben, nem vizuális érzetről azonban egyikük sem számolt be.

A világűr tele van nagy energiájú, fénysebességgel száguldozó részecskékkel, ami érdekes hatást vált ki a testbe belépve. A fény sebessége lassabb ha a testnedvekkel teli közegen - vegyük csak a szemgolyót - halad át, mint az űr vákuumán. Egy nagy sebességgel érkező kozmikus sugár részecske belépve a lassító közegbe elvileg létrehozhatja a hangrobbanás optikai megfelelőjét, a Cerenkov sugárzásnak nevezett fényvillanást.

Ezt a mechanizmust az eredeti NASA vizsgálat is számba vette, melynek hatására az 1970-es évek elején Peter McNulty, aki akkor a New York állambeli Clarkson Műszaki Egyetemen dolgozott, elhatározta, hogy mélyebben beleássa magát a témába. Kollégáival egy viszonylag egyszerű, kissé könnyelműnek tűnő kísérletet végeztek el. Fejüket a Princeton Egyetem részecskegyorsítója által előállított müon-sugár elé tartották és leírták, mit láttak. "A Princeton megszabta, hogy a kísérletben a hallgatók nem vehetnek részt célpontként" - idézte fel az eseményt McNulty, így a hallgatókra a részecskesugár kezelését bízták és a professzorok álltak be a "tűzvonalba".

Bár megállapítást nyert, hogy egyes fényvillanásokat a Cerenkov sugárzás idézett elő, az is egyértelművé vált számukra, hogy korántsem ez az egyetlen mechanizmus, ami szerepet játszik a foszfének kialakulásában. Egy újabb kísérletben ólompajzsot helyeztek a sugár útjába, hogy a Cerenkov villanáshoz szükséges sebesség alá lassítsák a részecskéket, a professzorok az óvintézkedés ellenére is látták a foszféneket. McNulty szerint a részecskék nekiütköznek a szem mögött található idegsejteknek, a kölcsönhatásban elektronokat lökve ki a környező atomokból, parányi elektromosságot hozva létre. Ezt foghatja fel a látóideg, amit az agy egy fényvillanásként értelmez, elmélkedett McNulty, és bár bizonyítani nem sikerült a hipotézist, a magyarázat elég hihetően hangzott, hogy itt meg is álljanak a vizsgálódásban.

McNulty kísérlete látszólag kizárta a vizuális kéreg közvetlen stimulációjának lehetőségét. Megpróbálta agyának más területeit is besugározni, beleértve a vizuális kérget, azonban egyetlen fényvillanást sem látott. Narici mégis úgy véli, a müon-sugár részecskéi másként viselkednek mint azok, amikkel az űrhajósok találkoznak a világűrben, ezért újra elővette a témát és egy olyan kísérlet elvégzését járta ki az illetékes hatóságoknál, ami az idei év második felében az ISS-en fog lezajlani.

Narici egy 1968-as kísérletet vett alapul, amit Giles Brindle és Walpole Lewin végzett el a Cambridge Egyetemen. A kísérlet célja a vizuális kéreg stimulálása volt, azzal a szándékkal, hogy megtalálják a vakok látásának visszanyerésének módját. A kutatók elektródákat ültettek be egy 52 éves vak férfi fejébe, egészen közel a vizuális kéreghez, majd áramot vezettek közvetlenül az agyba. Ahogy azt várni lehetett a páciens fényvillanásokat látott, valami olyasmi rajzolódott ki előtte, mint egy nyár éjszakai csillagos égbolt.

1968-ban egy ilyen beavatkozás elég komolynak számított, az elektródákat ellátó berendezés pedig túl méretes volt ahhoz, hogy hosszabb ideig vizsgálgathassák vele az alanyt, így a kísérletet rövid időn belül felfüggesztették. Narici és egy látás specialista, James Morrison, a Glasgow Egyetem tanára úgy vélik Brindle és Lewin jó úton jártak. "Orvosi kísérletek bizonyítják, hogy az energiabevitel a vizuális kéregbe fényvillanásokat eredményez. Meggyőződésem, hogy nem csak a szemről szól ez az egész jelenség" - utalt a foszfénekre Narici, aki Morrisonnal arra a következtetésre jutott, hogy a vizuális rendszer különösen fogékony lehet a nagy sebességű részecskék hatásaira.

Az agynak nem kevesebb mint negyede vesz részt a látásban a szemektől az optikai idegeken át a koponya hátsó részében elhelyezkedő vizuális kéregig. "Ez a leghosszabb útvonal az agyban. Ha valamire, akkor erre egészen biztos, hogy az űr részecskéinek közvetlen hatásai vannak" - magyarázta Morrison. Narici szerint az agy más területeire, más érzékekre is hatással van a sugárzás, csupán a jeleket nehezebb észlelni. Az olasz kutatónak sikerült a régi sugárkísérlet más résztvevőivel is értekeznie, a beszélgetések pedig alátámasztották feltevését. Többen különös szagokat is éreztek a kísérletek alatt, ami az agy elülső részében húzódó szaglógumó közvetlen stimulálására utal. A professzorok azért nem tették közzé ezeket a hatásokat, mert szerintük sokkal szubjektívebbek, mint egy fényvillanás észlelése.

Narici, hogy egyszer s mindenkorra pontot tegyen a dolog végére, szívesen követné McNulty példáját és bedugná a fejét egy részecskesugár útjába. "Ez volna a legjobb kísérlet, de a mai etikai bizottságok ezt aligha néznék jó szemmel" - mondta. Így csupán egyetlen épkézláb megoldás maradt, felvinni a kísérletet a tett helyszínére, az űrbe, azaz az űrállomásra.

A "Rendellenes Hosszútávú Hatások az Asztronauták Központi Idegrendszerében" névre hallgató kísérlet, amit helytakarékosságból innentől csak ALTEA-ként fogunk becézni egy felturbózott változata azoknak a kísérleteknek, amin az olasz kutató munkatársaival már közel egy évtizede dolgozik itt a Földön és fent az űrben is. A kísérletben résztvevő űrhajósok egy speciális sisakot fognak viselni, amit hat részecske detektor ölel körül. Ha az űrhajósok fényvillanást észlelnek megnyomnak egy gombot, ezzel dokumentálva az esetet. Eközben a detektorok folyamatosan nyomon követik a beérkező részecskéket, sőt a haladási irányát is meg tudják határozni, így kielemezhetik hogy a gombnyomáskor milyen részecskék érték el az űrhajós fejét és mely területeket vették célba.

Az űrhajósok egy-egy alkalommal egy órán át viselik majd a cipődoboznyi detektorokkal felszerelt sisakot, ennyi idő alatt elvileg átlagosan 10 foszfént láthatnak. A Mir űrállomáson már végeztek hasonló kísérletet, bár itt csak a számot rögzítették, 26 óra alatt 233 villanást észleltek, a Nemzetközi Űrállomás későbbi hasonló felmérése viszont 7 óra alatt csak 20 villanást dokumentált.

Kijelenthető, hogy nem minden részecske okoz foszfént, mivel csupán az űrhajós szemén átlagosan 20 részecske hatol át percenként. Ez eléggé megnehezíti a villanás egy bizonyos részecskéhez való társítását. A megfejtést segíti elvileg egy kiegészítő berendezés, egy elektroenkefalográf (EEG), ami elektródákkal csatlakozik a sisakhoz és az agy tevékenységének folyamatos nyomon kísérésével felfedheti, mely területeknél történik valami szokatlan amikor a sisak viselője foszfént jelez.

Az ALTEA kísérlettel párhuzamosan Narici a Földön is végez megfigyeléseket, az egyik ilyen egy darmstadti szinkrotronban zajlik, ahol agytumorral rendelkező embereket sugároznak be egy szénatom sugárral, csökkentendő a daganat méretét. A terápiában résztvevők szintén gyakran számolnak be foszfénekről. Narici összegyűjti az észleléseket és összeveti a sugár útjának adataival, így próbálja behatárolni az érintett területeket. Emellett laboratóriumában állatkísérleteket is végez, hogy lássa, vajon a hatás előidézhető-e egereken és a látásban kulcsszerepet játszó rodopszin fényérzékeny proteinben gerjeszthetők-e reakciók töltéssel rendelkező részecskékkel.

"Úgy érzem a villanások észlelése csupán a jéghegy csúcsa" - foglalta össze véleményét, és feltett szándéka, hogy valamelyik kutatásával rájön a felszín alatt lappangó igazságra.