우주로 간 우주비행사들이 가장 먼저 마주하는 난관은 강력한 우주선(cosmic ray)이다. 고에너지 양성자(수소 원자핵), 헬륨 이온 등 다양한 입자로 구성된 우주선이 인체를 통과하며 세포 조직에 손상을 일으킬 수 있다.
이 중 태양에서 방출된 우주선(SPE)에 대해서는 대비책이 일부 마련돼 있지만, 태양계 밖에서 들어온 우주선(GCR)에 대해서는 모르는 부분이 더 많다. GCR은 대부분 초신성 폭발로 방출되기 때문에 연구가 어렵고, 정확한 연구를 위해선 직접 우주로 나가야 하기 때문이다.
그런데 최근 미국항공우주국(NASA) 연구팀이 지구에서도 GCR과 유사한 이온 빔을 만들어낼 수 있는 기술을 개발했다. 리사 시몬센 NASA 랭글리연구소 연구원팀은 고속 빔 전환 및 제어 기술(fast beam switching and controls systems)을 이용해 GCR과 유사한 이온 빔 스펙트럼을 만들어내는 데 성공했다.
일반적인 이온 빔 장치가 한 가지 이온을 조사하는 것과 달리, 연구팀은 여러 종류의 이온을 연속적으로 내는, 실제 GCR에 가까운 조성의 이온 빔을 재현했다.
연구팀은 이것으로 우주선이 인체에 미치는 영향을 실험했다. 고에너지 입자를 차단하는 차폐벽 뒤에 인체의 여러 조직과 실험쥐 등을 두고 4주간 총 약 500mGy(밀리그레이·방사선흡수선량의 단위)의 이온 빔을 조사했다. 이는 우주비행사가 1년간 우주에 체류하는 것과 유사한 환경 조건이다.
4주 뒤 우주선이 세포 조직에 미친 영향을 분석한 결과, 대부분의 장기가 차폐벽을 통과한 GCR에 노출된 것으로 나타났다. 특히 비장과 뇌, 안구가 가장 많은 방사선을 흡수하는 것으로 드러났다.
시몬센 연구원은 “이번 연구로 우주선이 우주비행사에게 미치는 영향이 빠르게 밝혀질 것”이라며 “앞으로 계획된 장기 우주탐사와 화성 착륙 등을 위해 매우 중요한 연구”라고 말했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘플로스 바이올로지’ 5월 19일자에 실렸다. doi: 10.1371/journal.pbio.3000669
