در ۲ مارس ۲۰۱۶، حدود ساعت ۹ صبح به وقت محلی، در قزاقستان، اسکات کلی با یک فضاپیمای سایوز که با سرعت هفده هزار مایل در ساعت حرکت می‌کرد، از جو زمین عبور کرد. همانطور که انتظار می‌رفت، اصطکاک جو سپر حرارتی آن را آنقدر گرم کرد که زباله‌های مذاب به بیرون پرتاب شدند. کاهش سرعت سریع، بیش از شش برابر نیروی گرانش را بر کلی و همکارانش، کیهان‌نوردان میخائیل کورنینکو و سرگئی ولکوف، تحمیل کرد. ماژول فرود سایوز، یک کره سیاه به قطر حدود هفت فوت، یک چتر نجات قرمز و سفید را باز کرد و روی سطح سیاره شناور شد و در صحرا فرود آمد.
یک تیم جستجو و نجات، با کلاه‌های خزدار اوشانکا و فریاد زدن به زبان روسی، به سمت کپسول هجوم بردند، در دایره‌ای آن را باز کردند و کلی را بیرون کشیدند. او علامت تایید داد، سپس هنگام پایین آوردن ملایم او به یک صندلی تاشو که به طور آشکاری در دشت بایر قرار داشت، چهره‌اش در هم رفت. کسی او را با یک پتوی ضخیم پوشاند و سر طاسش را با یک کلاه بافتنی پوشاند. سپس تلفن ماهواره‌ای را به گوشش برد و اولین تماس خود را با زمین برقرار کرد.
کلی بیشتر از هر فرد دیگری در فضا وقت گذرانده بود—چهار مأموریت، که هر کدام طولانی‌تر از قبلی بودند، در مجموع پانصد و بیست روز. در این سفر، او طولانی‌ترین پرواز فضایی یک آمریکایی را انجام داده بود: نزدیک به یک سال در ایستگاه فضایی بین‌المللی. او، به یک معنا، به اندازه هر فرد زنده‌ای به فضا عادت کرده بود. و با این حال، او به من گفت، "هرچه طولانی‌تر پرواز می‌کردم، علائم بازگشت به زمین بدتر بود." پس از بازگشت به خانه‌اش در هیوستون، احساس تهوع و سرگیجه می‌کرد. مفاصلش زیر نیروی گرانش درد می‌کرد و فشار نشستن ساده روی یک صندلی ناراحت‌کننده بود. خستگی سنگینی شروع شد.
برخی از اثرات پزشکی سفر فضایی به خوبی درک شده‌اند. برای دهه‌ها، دانشمندان می‌دانستند که تقریباً بی‌وزنی طول ستون فقرات را افزایش می‌دهد و باعث تحلیل رفتن ماهیچه‌ها و استخوان‌ها می‌شود، به همین دلیل است که فضانوردان باید به طور مکرر ورزش کنند. کلی با دو اینچ قد بلندتر از زمانی که رفته بود به زمین بازگشت. جرم بدنش هفت درصد کاهش یافت، بخشی به این دلیل که اشتهای او برای غذاهای بسته‌بندی شده و خشک شده کمتر از آنچه برنامه‌ریزان NASA پیش‌بینی کرده بودند، بود. با این حال، برخی از علائم دیگر او عجیب و ناآشنا بودند. وقتی می‌ایستاد، به نظر می‌رسید خونش به سمت پایین هجوم می‌برد و باعث تورم دردناکی در پاهایش می‌شد. او به من گفت: "این احتمالاً ناراحت‌کننده‌ترین چیز بود." یک بثورات خشمگین در سراسر گردن، پشت و پاهایش پخش شد.
کلی یک برادر دوقلوی همسان دارد، سناتور آریزونا و فضانورد بازنشسته مارک کلی. قبل از مأموریت، هر دو مرد توافق کرده بودند که در یک مطالعه تطبیقی از بدن خود شرکت کنند—مارک از زمین، اسکات از فضا و زمین. از آنجایی که آنها DNA یکسانی دارند، این مطالعه فرصتی نادر برای جداسازی اثرات فیزیولوژیکی مأموریت‌های طولانی‌مدت بود. و بنابراین، قبل، در طول و بعد از اقامت اسکات در I.S.S.، تیمی متشکل از بیش از هشتاد محقق از دوازده دانشگاه او را دقیق‌تر از هر انسان دیگری در تاریخ مورد مطالعه قرار دادند. کریستوفر میسون، محقق اصلی مطالعه دوقلوهای NASA، گفته است: "کاش هر فردی یک دوقلو بود." میسون و همکارانش از برخی از یافته‌های خود ناراحت بودند. برای مثال، آزمایش‌های شناختی کاهش‌هایی را در سرعت و دقت ذهنی اسکات نشان داد. نشانگرهای التهاب در خونش به سطوحی رسید که آزمایش‌های آزمایشگاهی به سختی می‌توانستند اندازه‌گیری کنند—هزاران درصد بالاتر از حد معمول، که نشان‌دهنده یک واکنش استرس شدید بود. میسون به یاد می‌آورد که یکی از همکارانش پرسید: "آیا این بالاترین سطوحی است که تا به حال در بدن انسان دیده شده است؟" "چطور زنده ماند؟"
کمتر از هفتصد نفر، که بیشتر آنها مردان نسبتاً جوان و خوش‌اندام هستند، به فضا رفته‌اند. در دهه‌های آینده، این تعداد می‌تواند به طور تصاعدی افزایش یابد، زیرا دولت‌ها و شرکت‌های بیشتری—از جمله SpaceX، Blue Origin و Virgin Galactic—آنچه را که عصر دوم فضا نامیده شده است، آغاز می‌کنند. با این حال، بسیاری از اثرات عجیب سفر فضایی تنها اکنون شناسایی و بررسی می‌شوند. عفونت‌های نهفته هرپس اغلب دوباره فعال می‌شوند. برخی از داروها می‌توانند کمتر مؤثر شوند. ریزگرانش، اصطلاح فنی برای تقریباً بی‌وزنی، خون را به رگ‌های سر و گردن که به استفاده از جریان عادت ندارند، توزیع می‌کند و خطر لخته شدن خون را افزایش می‌دهد. اسکات کلی در کتاب " استقامت "، یک خاطره، نوشت که انسان‌ها تنها در صورتی می‌توانند بیشتر جهان را کشف کنند که "ضعیف‌ترین حلقه‌های زنجیری که پرواز فضایی را ممکن می‌سازد: بدن و ذهن انسان" را تقویت کنند.
میسون خوشبین است که ما قادر به انجام این کار خواهیم بود. او به من گفت: "در مقطعی، ما هزاران نفر خواهیم داشت که در فضا زندگی یا کار می‌کنند." "ما باید بفهمیم چگونه این کار را با خیال راحت انجام دهیم." دیگران نگرانی‌های جدی دارند. ماتیاس باسنر، استاد روانپزشکی در دانشگاه پنسیلوانیا و عضو کنسرسیوم تحقیقاتی مطالعه دوقلوها، به من گفت که سفر فضایی باعث تغییرات ساختاری عمیقی در مغز می‌شود. او به من گفت: "بیشتر آنها احتمالاً برگشت‌پذیر هستند." "برخی ممکن است نباشند." در ریزگرانش، مغز به بالای جمجمه حرکت می‌کند و ناحیه‌ای را که مسئول جذب مایع مغزی نخاعی است، فشرده می‌کند و منجر به تورم حفره‌های مغزی و احتمالاً افزایش فشار داخل جمجمه‌ای می‌شود. برخی از نشانگرهای زیستی مرتبط با بیماری‌های تخریب‌کننده عصبی به نظر می‌رسد که پس از یک سفر طولانی به طور قابل توجهی افزایش می‌یابند. باسنر گفت: "این می‌تواند نشان دهد که اتفاق بدی در مغز در حال رخ دادن است." "ما به داده‌های بیشتری نیاز داریم."
دارنده رکورد طولانی‌ترین اقامت مداوم در فضا، یک کیهان‌نورد و پزشک روسی به نام والری پولیاکوف، کمی بیشتر از چهارده ماه را در مدار پایین زمین گذراند، که نسبتاً در برابر تشعشعات فضایی و تأخیرهای ارتباطی محافظت می‌شود. تنها بیست و چهار نفر، آمریکایی‌هایی که مأموریت‌های آپولو را انجام دادند، تا به حال از مدار پایین زمین خارج شده‌اند—و آن هم بیش از پنجاه سال پیش بود، برای کمتر از دو هفته در یک زمان. با این حال، ایالات متحده و چین قبلاً احتمال سفرهای سرنشین‌دار به مریخ را در دهه ۲۰۳۰ مطرح کرده‌اند. ایلان ماسک، مدیرعامل SpaceX، که گفته است دوست دارد در آنجا بمیرد—"فقط نه در اثر برخورد"—اشاره کرده است که می‌خواهد یک میلیون مهاجر بفرستد. (او در سال ۲۰۱۸ اشاره کرد که آگهی‌های استخدامی "مانند آگهی شاکلتون برای کاوشگران قطب جنوب خواهد بود: دشوار، خطرناک، احتمال خوبی وجود دارد که بمیرید. هیجان برای کسانی که زنده می‌مانند.") اما بیل نای، دانشمند سابق و مدیرعامل فعلی انجمن سیاره‌ای، رویای استعمار مریخ را به عنوان یک توهم خطرناک به تصویر کشیده است. او گفته است: "ما حتی نمی‌توانیم از این سیاره که در آن زندگی می‌کنیم مراقبت کنیم و کاملاً برای آن مناسب هستیم." "شماها نشئه‌اید؟" حقیقت این است که ما هنوز چیزهای کمی در مورد چگونگی عملکرد انسان‌ها در فضای عمیق می‌دانیم. این هم درست است که تا زمانی که تلاش نکنیم، هرگز متوجه نخواهیم شد.
بانک زیستی پزشکی هوافضای کرنل (CAMbank)، جایی که میسون در آن کار می‌کند، در طبقه چهارم یک ساختمان شیشه‌ای شیک در منهتن قرار دارد. این بانک شامل بیش از پانزده هزار نمونه بیولوژیکی از بیست و دو فضانورد است که آن را به یکی از بزرگترین مخازن از نوع خود تبدیل کرده است. در یک صبح صاف در ماه سپتامبر، به یک کلینیک هماتولوژی در نزدیکی رسیدم تا با هیلی آرکنو و سیان پراکتر، دو نفر از اعضای تیم Inspiration4، یک مأموریت خصوصی SpaceX که در سال ۲۰۲۱ از فلوریدا به فضا پرتاب شد، ملاقات کنم. آنها آمده بودند تا بزاق، خون و ادرار و همچنین میکروب‌های پوست خود را به علم اهدا کنند.
پراکتر، استاد زمین‌شناسی کالج و آینده‌نگر با موهای کوتاه، چندین بار قبل از این بازدید کرده بود و به نظر می‌رسید می‌داند چه کار کند: او یک مربع گاز را از یک بسته‌بندی پلاستیکی پاره کرد، آن را طوری جوید که انگار یک آدامس است و توده خیس را در یک جعبه قرار داد. (میسون این روش را پس از شکایت فضانوردان از مشکل تف کردن در یک لوله در فضا ابداع کرد.) بعد، او جوراب‌هایش را درآورد و بین انگشتان پایش را پاک کرد.
آرکنو، یک کارمند بهداشتی با موهای بلوطی موج‌دار، آستین‌های تی‌شرت آبی خود را که با یک لوگوی موشک تزئین شده بود، بالا زد تا جای زخم‌های کوچکی را از بیوپسی‌های پوست نشان دهد. او به من گفت: "وقتی داوطلبانه برای تحقیق بخیه می‌زنید، می‌دانید که متعهد هستید." سپس او سوراخ بینی خود را طوری پاک کرد که انگار در حال انجام آزمایش COVID است.
هنگامی که Inspiration4 برای اولین بار برنامه‌ریزی شد، دانشمندان مشتاق بودند تا تیم آن را مطالعه کنند: فضانوردان غیرنظامی به طور چشمگیری استخر افراد بالقوه برای تحقیق را گسترش می‌دهند و همچنین تنوع بیشتری از نظر سن، جنسیت، پیشینه، آموزش و سطوح تناسب اندام ارائه می‌دهند. (در سال ۲۰۲۱، ویلیام شاتنر، از شهرت "Star Trek"، در سن نود سالگی به مدت ده دقیقه در فضای زیر مداری در یک سیستم موشکی قابل استفاده مجدد Blue Origin گذراند. او بعداً در Guardian نوشت: "من مجبور شدم به فضا بروم تا بفهمم که زمین تنها خانه ما است و خواهد ماند. و ما بی‌وقفه آن را ویران کرده‌ایم و آن را غیرقابل سکونت کرده‌ایم.") بزاق حاوی مولکول‌های التهابی و هورمون‌هایی است که می‌تواند نشان دهنده افزایش خطر بیماری قلبی یا مشکلات غدد درون ریز باشد. سواب‌های پوستی و بیوپسی‌ها می‌توانند تغییراتی را در میکروبیوم و در مسیرهای ژنی که با سرطان مرتبط هستند، آشکار کنند. میسون به من گفت: "تیم Inspiration4 برخی از مشتاق‌ترین افراد مورد مطالعه فضانوردان هستند که ما داشته‌ایم."
پدر پراکتر یک تکنسین مهندسی دوران آپولو بود و در سال ۲۰۰۹ پراکتر یکی از فینالیست‌های برنامه انتخاب فضانوردان NASA بود. اما او تا زمانی که برای یک مسابقه کارآفرینی که توسط جارد ایزاکمن، یک میلیاردر فناوری که فرمانده Inspiration4 بود، سازماندهی شده بود، فرصتی برای رفتن به فضا پیدا نکرد. (ایزاکمن برای خدمت به عنوان رئیس NASA دونالد ترامپ نامزد شده است.) پراکتر اولین زن آفریقایی آمریکایی شد که یک مأموریت فضایی را هدایت می‌کند. پس از آن، او یک بررسی برای TripAdvisor نوشت: "جو خارج از این دنیا بود!"
آرکنو به طور تصادفی فضانورد شد. وقتی ده ساله بود، در بیمارستان تحقیقاتی کودکان سنت جود در ممفیس به دلیل سرطان استخوان در پایش تحت درمان قرار گرفت. او به من گفت: "از آن زمان، می‌دانستم که می‌خواهم در سنت جود کار کنم." در سال ۲۰۲۰، بیمارستان او را به عنوان دستیار پزشک استخدام کرد و سال بعد، یک مدیر با او تماس گرفت. ایزاکمن می‌خواست Inspiration4 یک جمع‌آوری کمک مالی برای سنت جود باشد. این فضاپیما به مدت سه روز به دور سیاره می‌چرخید و در اقیانوس اطلس فرود می‌آمد. آیا او می‌خواست برود؟
تیم Inspiration4 به مدت شش ماه آماده شدند. آرکنو، افسر پزشکی آن، به من گفت که او به عنوان بخشی از آموزش خود از کوه رینیر بالا رفت و در حالی که اکسیژن به آرامی حذف می‌شد، پازل‌ها را داخل یک محفظه کامل کرد. او با یک مربی شخصی کار کرد، با یک روانپزشک ملاقات کرد و تحت یک سری آزمایش‌های پزشکی قرار گرفت، از جمله ماموگرافی، اکوکاردیوگرام، آزمایش استرس، اسکن تراکم استخوان و ارزیابی دندانپزشکی. در سپتامبر ۲۰۲۱، در سی و سه سالگی، او جوان‌ترین آمریکایی شد که به دور زمین می‌چرخد. از فضا، او از طریق یک فید زنده با کودکانی که در سنت جود تحت درمان بودند صحبت کرد. او به آنها گفت: "من یک دختر کوچک بودم که درست مانند بسیاری از شما تحت درمان سرطان قرار می‌گرفتم." "اگر من بتوانم این کار را انجام دهم، شما هم می‌توانید این کار را انجام دهید."
سه روز برای تیم Inspiration4 کافی بود تا بسیاری از عوارض جانبی سفر فضایی را تجربه کنند. در حالی که در مدار بود، پراکتر نیاز داشت برای حالت تهوع دارو مصرف کند. او با اشاره به داروی بیماری حرکتی که به طور گسترده در فضا مورد مطالعه قرار گرفته است، به من گفت: "هیلی با مقداری فنرگان به من ضربه زد." آرکنو به دلیل کشیده شدن ستون فقراتش در ریزگرانش، سردرد، گرفتگی بینی و کمردرد شدید را تجربه کرد. پس از فرود، احساس سرگیجه و ضعف کرد. در ابتدا، فکر نمی‌کرد که هیچ مشکل شناختی داشته باشد، اما سپس پراکتر ویدیویی را در شبکه‌های اجتماعی منتشر کرد که در آن آنها در حال تکان دادن چوب دستی به سمت یک سگ عروسکی معلق هستند، انگار که شخصیت‌های "هری پاتر" هستند. آرکنو به من گفت: "فکر کردم، هوم، این چیزی است که احساس می‌کنم به خاطر می‌آوردم." "کاملاً از بین رفته بود." این احتمال وجود دارد که حافظه به دلیل هجوم آدرنالین از بین رفته باشد، اما به طور قطع نمی‌توان گفت.
وقتی پراکتر و آرکنو نمونه‌برداری را تمام کردند، من به جرمی وین هیرشبرگ، متخصص تحقیقاتی با پیراهن هاوایی، کمک کردم تا جعبه‌های نمونه را از خیابان به CAMbank منتقل کند. وین هیرشبرگ قبلاً برای یک کارآفرین غیرعادی کار می‌کرد که می‌خواست یک آسانسور فضایی بسازد. (وین هیرشبرگ گفت: "به دلایل گرانش و فیزیک، فکر نمی‌کنم این کار از زمین امکان‌پذیر باشد." "اما من در مورد ماه خوشبین هستم.") ما با یک آسانسور غیر فضایی به طبقه چهارم رفتیم.
در CAMbank، از کنار یک یخچال شفاف رد شدم که انباشتگی لوله‌های آزمایش آن بطری‌های کچاپ و مایونز را به یادم می‌انداخت. یک دستگاه توالی‌یابی DNA سیاه تخت روی یک میز آزمایشگاه نشسته بود. وین هیرشبرگ یک فریزر صنعتی را که در دمای منفی هشتاد درجه سانتیگراد نگهداری می‌شد، باز کرد و سطل‌های پوشیده از برف ادرار را که مانند گنجینه‌های زیر یک بهمن به نظر می‌رسیدند، نمایان کرد. پس از اینکه او تعدادی از جعبه‌های ما را داخل آن قرار داد، او را به سمت یک مخزن نیتروژن مایع که به اندازه و شکل R2-D2 بود دنبال کردم. او کپسول را با دستکش باز کرد. بخار آب بیرون ریخت. به یاد یک پرتاب موشک مینیاتوری افتادم. او گفت: "اینجا جایی است که حساس‌ترین نمونه‌ها را نگهداری می‌کنیم." به عنوان مثال، برخی از سلول‌های ایمنی را می‌توان برای تغییرات ژنتیکی ظریف بررسی کرد، اما باید با دقت بسیار زیاد نگهداری شوند.
میسون، یک متخصص ژنتیک در Weill Cornell (جایی که من نیز به عنوان پزشک در آنجا کار می‌کنم)، شلوار جین بدون روپوش آزمایشگاهی پوشیده بود و عینک آفتابی روی سرش قرار داشت. او و همکارانش یک هدف عملی فوری دارند: جمع‌آوری داده‌های زیست‌پزشکی کافی برای شناسایی و امیدوارانه خنثی کردن خطرناک‌ترین اثرات بهداشتی سفر فضایی. برخی از دیدگاه‌های شخصی او تحریک‌آمیزتر هستند. میسون در کتابی در سال ۲۰۲۱ به نام "۵۰۰ سال آینده: مهندسی زندگی برای رسیدن به دنیاهای جدید" پیشنهاد می‌کند که انسان‌ها می‌توانند روزی ژن‌های خود را تغییر دهند تا در فضا بهتر زنده بمانند. او می‌نویسد: "ما هر کاری که می‌توانیم انجام می‌دهیم تا با مهندسی موشک‌ها و کشتی‌هایشان، فضانوردان را ایمن نگه داریم، اما آیا می‌توانیم برخی از محافظت‌ها را در داخل، در خود فضانوردان ایجاد کنیم؟" او اشاره می‌کند که فیل‌ها سلول‌های بسیار بیشتری نسبت به انسان‌ها دارند، اما با سرعت بسیار کمتری به سرطان مبتلا می‌شوند. یک دلیل ممکن است این باشد که آنها بیست نسخه از ژنی به نام TP53 دارند که پروتئین‌هایی تولید می‌کند که DNA را اسکن و ترمیم می‌کنند. انسان‌ها یک نسخه دارند. "اکستریموفیل‌ها" مانند خرس‌های آبی، بی‌مهرگان میکروسکوپی که شبیه خرس‌های کوچک هستند، می‌توانند تقریباً در هر محیطی زنده بمانند، شاید به دلیل ژنی که یک پروتئین سرکوب‌کننده آسیب را رمزگذاری می‌کند. در آزمایشگاه، میسون این ژن را وارد سلول‌های انسانی کرده است و کاهش قابل توجهی در آسیب DNA ایجاد کرده است. (باسنر به من گفت: "کارهای ویرایش ژن هنوز کمی دور از دسترس است.")
کتاب میسون نسخه‌ای کیهانی از استدلال ژان پل سارتر است مبنی بر اینکه وجود بر ماهیت مقدم است: بشریت ابتدا باید پایداری کند تا امید به تبدیل شدن یا دستیابی به هر چیزی داشته باشد. از نظر میسون، انسان‌ها، به عنوان تنها گونه‌ای که آگاهی از انقراض دارند، یک تعهد اخلاقی منحصر به فرد برای حفظ سایر اشکال حیات از خطراتی مانند برخورد سیارک‌ها، جنگ هسته‌ای یا فجایع آب و هوایی دارند. او مریخ و سایر سیارات را "یک برنامه پشتیبان برای تمام زندگی، از جمله بشریت" توصیف می‌کند.
در ماه‌های پس از اینکه کلی در مورد مشکلات پزشکی مرموز خود به دانشمندان گفت، میسون و همکارانش نمونه‌های بیولوژیکی را از طول پرواز یک ساله فضانورد دوباره آزمایش کردند. آنها داده‌های نگران‌کننده متعددی را ثبت کردند. بینایی کلی رو به وخامت گذاشته بود. او به من گفت: "من نمی‌توانم بدون عینک ببینم." دیواره‌های شریان‌های کاروتید او ضخیم شده و ملتهب شده بودند. بازگشت گرانش حتی مجازات‌کننده‌تر بود. سطوح نشانگرهای التهابی در بدنش به اندازه‌ای بود که در فردی که دچار حمله قلبی یا شوک سپتیک شده است. پروتئین‌هایی که بیشتر در مغز یافت می‌شوند در جریان خون او شناسایی شدند که نشان می‌دهد سد خونی مغزی مقداری از یکپارچگی خود را از دست داده است. میتوکندری‌ها، که انرژی را در داخل انواع مختلف سلول تولید می‌کنند، سیگنال‌های پریشانی را در سراسر بدن او پمپاژ کرده بودند.
حتی تغییراتی در ژنتیک کلی نیز وجود داشت. بیان حدود نه هزار ژن، که برخی از آنها ممکن است خطر سرطان و مشکلات سیستم ایمنی را افزایش دهند، تغییر کرده بود. اگرچه بیشتر آنها در عرض چند ماه عادی شدند، اما برخی از آنها حتی مدت‌ها پس از بازگشت کلی به زمین، علائمی از آسیب، از جمله شکستگی‌ها و معکوس‌شدگی‌ها در DNA خود نشان دادند. (در طول مأموریت خود، کلی حدود پنجاه برابر بیشتر از برادرش در زمین در معرض تشعشع قرار گرفته بود.) به طور عجیبی، تلومرهای کلی—کلاهک‌های انتهای DNA که معمولاً با افزایش سن کوچک می‌شوند—در حالی که در فضا بود، بلندتر شده بودند. اما پس از بازگشت او، آنها منقبض شدند تا اینکه کوتاه‌تر از زمانی بودند که برای اولین بار به فضا رفته بود. از بسیاری جهات، به نظر می‌رسید که فضا روند پیری را تسریع می‌کند.
مطالعه دوقلوهای NASA مجبور بود با یک چالش اساسی در تحقیقات فضایی مقابله کند: اندازه نمونه. یک محقق دیابت یا سرطان سینه ممکن است داده‌ها را از صدها هزار بیمار تجزیه و تحلیل کند. کلی فقط یک نفر است و اثرات سفر فضایی برای افراد مختلف ممکن است به اندازه اثرات عفونت COVID متفاوت باشد. با این وجود، الگوهایی در حال ظهور هستند. مطالعات در مورد تیم Inspiration4 تغییرات ژنتیکی را در سلول‌های ایمنی، تغییراتی در سازماندهی DNA و افزایش التهاب (اگرچه نه در سطحی که کلی نشان داده بود) شناسایی کردند. به نظر می‌رسید زنان تغییرات خفیف‌تری را نسبت به مردان تجربه می‌کنند، یافته‌ای که مطالعات قبلی نیز گزارش کرده بودند. در سراسر بدن تیم، نشانگرهایی از استرس اکسیداتیو وجود داشت که اغلب زمانی ایجاد می‌شود که تشعشع به پروتئین‌ها و DNA آسیب می‌زند. و در طول پرواز، تیم کاهش‌های شناختی موقتی را تجربه کردند که بر توجه و حافظه کاری آنها تأثیر گذاشت.
تیم تحقیقاتی سال گذشته در Nature نوشت که بیشتر این اثرات بهداشتی در نهایت محو شدند، اما تعداد کمی—به عنوان مثال، اشکال خاصی از آسیب به DNA—حتی تا پس از بازگشت تیم به زمین ظاهر نشدند. سایر اثرات، از جمله ناهنجاری‌ها در میتوکندری، برای شش ماهی که تیم آنها را مورد مطالعه قرار داد، ادامه داشت. میسون به من گفت: "بدن در حال انطباق با یک محیط غیرعادی و پیچیده به روش‌های غیرعادی و پیچیده است." "ما در حال شروع به دیدن یک امضای بیولوژیکی از فضا هستیم. به زودی، ما قادر خواهیم بود بگوییم، این اتفاقی است که برای شما می‌افتد اگر یک دوز سه روزه از فضا دریافت کنید. این اتفاقی است که با یک دوز سه ماهه رخ می‌دهد." میکروارگانیسم‌هایی که با انسان‌ها همزیستی می‌کنند نیز تغییر کردند. بیوپسی‌ها افزایش تعداد ویروس‌ها را روی پوست نشان داد. ترکیب باکتری‌های دهان و روده تغییر کرد. باکتری‌ای که باعث ایجاد پلاک دندان می‌شود، یک بیوفیلم دفاعی در اطراف خود تشکیل داد و به آن کمک کرد تا تکثیر شود و باقی بماند. (باکتری‌ها می‌توانند در فضا ویروسی‌تر و مقاوم‌تر به آنتی‌بیوتیک‌ها شوند.)
هنوز چیزهای زیادی برای یادگیری وجود داشت، اما یک داستان معقول در حال ظهور بود. باسنر به من گفت: "فضا یک محیط خارجی برای گونه‌های انسانی است." "ما در اینجا روی زمین بزرگ شدیم. تمام زیست‌شناسی و فیزیولوژی ما حول ویژگی‌های آن تکامل یافته است." بدن ما با جو و میکروبیوم زمین تنظیم شده است. ما به سطوح خاصی از گرانش و تشعشع عادت کرده‌ایم. هنگامی که پرواز فضایی اولی را کم می‌کند و دومی را چند برابر می‌کند، سیستم‌های پیچیده متعددی از تعادل خارج می‌شوند. محققانی که برادران کلی را مطالعه کردند به این نتیجه رسیدند که سلامت انسان می‌تواند "بیشتر حفظ شود" در طول یک سال در مدار. اما آنها نمی‌توانستند پیش‌بینی کنند که این خطرات در طول یک مأموریت طولانی‌تر، مانند سفر به مریخ، چقدر افزایش می‌یابد. شاید خطرات به آرامی و پیوسته رشد کنند. شاید آنها به صورت تصاعدی رشد کنند. باسنر گفت: "من به سادگی فکر نمی‌کنم که بتوانیم از مأموریت‌های کوتاه‌تر به مأموریت‌های طولانی‌تر تعمیم دهیم." "اینها سیستم‌های بیولوژیکی هستند. در مقطعی، ممکن است توانایی جبران را از دست بدهند." یک مأموریت "کوتاه" رفت و برگشت به مریخ، که چالش‌های فنی و پزشکی بی‌سابقه‌ای را ایجاد می‌کند، می‌تواند ایمنی مدار را برای دو سال یا بیشتر ترک کند. فضانوردان همچنین باید زندگی در سیاره‌ای دیگر را تحمل کنند.
روزی روزگاری، هسته مریخ که از نیکل و آهن ساخته شده بود، می‌چرخید. این یک میدان مغناطیسی مشابه میدان مغناطیسی اطراف زمین ایجاد کرد که یک جو قوی تولید می‌کرد کهگرما را حفظ می‌کرد، تشعشع را مسدود می‌کرد و حتی ممکن بود آب مایع را تقویت کند. اما، احتمالاً به این دلیل که مریخ تنها حدود نیمی از اندازه زمین است، هسته مذاب آن خنک شد و جامد شد. امروزه، این سیاره به سختی میدان مغناطیسی دارد. بیشتر جو آن به فضا نشت کرده است و سطح آن توسط تشعشعات خورشیدی و کهکشانی مورد اصابت قرار می‌گیرد. میانگین دما منفی هشتاد درجه فارنهایت است. به همه این دلایل، یک سکونتگاه دائمی در آنجا احتمالاً نیاز به ترافرم کردن دارد—یک کلمه فریبنده ساده برای وظیفه عظیم ساختن یک سیاره قابل سکونت از هوای رقیق. یک رویکرد شامل رهاسازی گازهای گلخانه‌ای از سنگ‌های مریخ، ضخیم کردن جو و تحریک نوع گرمایشی است که زمین در حال حاضر تجربه می‌کند.
طرفداران اکتشاف بین سیاره‌ای به نظر می‌رسد که نترسیده‌اند. جف بزوس، که شرکت فضایی Blue Origin را تأسیس کرد، در سال ۲۰۱۶ گفت: "ما در مریخ مستقر خواهیم شد." "و ما باید این کار را انجام دهیم، زیرا جالب است." ماه گذشته، رئیس جمهور ترامپ در سخنرانی تحلیف خود اعلام کرد که "ما سرنوشت آشکار خود را به سوی ستارگان دنبال خواهیم کرد" و "ستارگان و خطوط را روی سیاره مریخ خواهیم کاشت." ماسک، حامی و مشاور مکرر رئیس جمهور، در سال ۲۰۱۷ پیش بینی کرد که مأموریت‌های سرنشین دار مریخ تا سال ۲۰۲۴ آغاز خواهد شد. او از اعزام حدود صد نفر به فضاپیمایی به نام B.F.R. (موشک لعنتی بزرگ) صحبت کرد. او همچنین یک فرآیند ترافرم کردن را پیشنهاد کرده است که شامل انفجار بمب‌های هسته‌ای است و در حالی که یک تی شرت پوشیده بود که روی آن نوشته شده بود "NUKE MARS" دیده شده است. SpaceX در وب سایت خود اشاره می‌کند که سیاره سرخ "کمی سرد است، اما ما می‌توانیم آن را گرم کنیم." پرونده آن برای استقرار در مریخ به گرانش کم و امکان نظری کشاورزی اشاره می‌کند، اما در مورد تشعشع بحث نمی‌کند.
ایستگاه فضایی بین‌المللی در ارتفاع حدود دویست و پنجاه مایلی در مدار قرار دارد. میدان مغناطیسی زمین ده‌ها هزار مایل در فضا در سمت رو به خورشید سیاره و حتی دورتر در طرف دیگر امتداد دارد. این بدان معناست که برای تمام تشعشعاتی که فضانوردان I.S.S. تجربه می‌کنند، هنوز محافظت می‌شوند. در مدار، اسکات کلی معادل شاید چهار عکس رادیوگرافی از قفسه سینه در روز را متحمل شد. میسون حدس زد که یک سفر رفت و برگشت به مریخ بیش از شش برابر آن را تحمیل می‌کند. یک سفر واحد به حدود محدودیت‌های تشعشع مادام العمر که برنامه‌های فضایی برای فضانوردان خود تعیین می‌کنند، نزدیک می‌شود.
در ماه اکتبر، به لانگ آیلند سفر کردم تا از آزمایشگاه ملی بروکهاون، یک مرکز تحقیقات فیزیک هسته‌ای که پس از جنگ جهانی دوم تشکیل شد، بازدید کنم. کارهای انجام شده در B.N.L. منجر به دریافت هفت جایزه نوبل شده است. از اوایل دهه ۲۰۰۰، این آزمایشگاه میزبان آزمایشگاه تشعشع فضایی NASA، یک پروژه وزارت انرژی ایالات متحده است که یکی از قدرتمندترین شتاب‌دهنده‌های ذرات جهان را در خود جای داده است. این آزمایشگاه تشعشعات کهکشانی را شبیه‌سازی می‌کند و اثرات آن را بر بافت زنده تجزیه و تحلیل می‌کند.
در داخل یک ساختمان زیست‌شناسی، با افشین بهشتی، مدیر مرکز پزشکی فضایی در دانشگاه پیتسبورگ، و رابرت شوارتز، متخصص کبد در Weill Cornell، ملاقات کردم. شوارتز، که موهای موج‌داری دارد که تقریباً تا کمرش می‌رسد، "اندام‌واره‌ها"—توده‌های کوچک بافت انسانی که معماری و عملکرد اندام‌ها را دارند—ایجاد می‌کند. او روی یک میز آزمایشگاهی خم شده بود و به دقت هزاران اندام‌واره کبد را که هر کدام به اندازه یک دانه اسپرسو بودند، در لوله‌های پلاستیکی کوچک می‌ریخت.
شوارتز و بهشتی در حال آماده شدن برای انفجار این اندام‌واره‌ها با سطوح مختلف تشعشع بودند: یک دوز برای شبیه‌سازی تشعشع از یک مأموریت قمری و دوز دوم و بالاتر برای تقریب یک سفر رفت و برگشت به مریخ. آنها همچنین می‌خواستند عواملی را شناسایی کنند که اثرات تشعشع را افزایش یا کاهش می‌دهند. بهشتی، مردی عینکی با ریش پروفسوری نمکی، گفت: "ما اولین کسانی هستیم که این کار را انجام می‌دهیم."
در ابتدایی‌ترین سطح، تشعشع از ذرات یا امواجی تشکیل شده است که با سرعت در فضا حرکت می‌کنند. این تشعشعات می‌توانند از منابع مختلفی بیایند—ستارگان، آتشفشان‌ها، عناصر خاص (به عنوان مثال اورانیوم) و حتی غذا (موز مقدار کمی از خود ساطع می‌کند)—و تأثیر آن به مقدار انرژی موجود در آن بستگی دارد. تشعشعات غیر یونیزه کننده، مانند نور مرئی یا مایکروویو، ممکن است چیزهایی را گرم کنند، اما نسبتاً ایمن در نظر گرفته می‌شوند. با این حال، تشعشعات یونیزه کننده به بافت نفوذ می‌کنند و به DNA آسیب می‌رسانند، هم با پاره کردن پیوندهای شیمیایی و هم با تبدیل اتم‌های پایدار به "رادیکال‌های آزاد" ناپایدار. رادیکال‌های آزاد به DNA برخورد می‌کنند و باعث شکستگی، جهش و پیوندهای نامناسب می‌شوند. مهندسان می‌توانند تشعشع را با احاطه کردن مناطق زندگی با فلز، پلاستیک یا آب محدود کنند، اما لایه‌های ضخیم مواد سنتی می‌توانند فضاپیماها را برای پرتاب از زمین و پیشروی به مریخ بیش از حد سنگین کنند. باسنر به من گفته بود: "تشعشع یکی از موانع بالقوه برای پرواز فضایی است." "و واقعاً سخت است که خودمان را از آن محافظت کنیم."
شوارتز مقداری گرد و غبار مصنوعی ماه—رگولیت—به برخی از لوله‌های اندام‌واره اضافه کرد تا تأثیر آن را همراه با تشعشع تقریب بزند. (تصور می‌شود استنشاق رگولیت سمی باشد؛ شوارتز زیر هود بخار کار می‌کرد و از یک ماسک با درجه بالا استفاده می‌کرد.) در لوله‌های دیگر، او مکمل‌های غذایی را اضافه کرد که به عنوان آنتی‌اکسیدان در میتوکندری‌ها عمل می‌کنند، که شاید بتوانند اثرات مضر تشعشع را کاهش دهند. بهشتی یک "میتوکندریایی" خودخوانده است: او گمان می‌کند که محافظت از میتوکندری‌ها در طول مأموریت‌های فضایی می‌تواند طیف گسترده‌ای از اثرات محافظتی داشته باشد.
ما با احتیاط نمونه‌ها را به ماشین شوارتز بردیم و چند دقیقه به سمت یک ساختمان بتنی رانندگی کردیم که آزمایشگاه تشعشع فضایی NASA را در خود جای داده بود. در داخل، علائم احتیاط زرد روشن در مورد رادیواکتیویته هشدار می‌داد؛ عکس‌هایی از مأموریت‌های قمری روی دیوارها آویزان بود. ما پاپوش پوشیدیم تا به طور تصادفی مواد خطرناک را از تأسیسات خارج نکنیم. در انتهای راهرو، بالای درهای خاکستری سنگین، یک علامت یک کلمه‌ای هر زمان که شتاب‌دهنده ذرات روشن بود روشن می‌شد: "BEAM!"
از یک اتاق استراحت در نزدیکی، یک فید زنده از اتاق تشعشع را در کنار نموداری از رنگ‌های مختلف که به بالا و پایین شلیک می‌کردند تماشا کردم. هر رنگ نشان دهنده یک ذره باردار مختلف، از یون‌های هیدروژن فشرده گرفته تا یون‌های بزرگتر و سنگین‌تر مانند سیلیکون و آهن بود. بهشتی گفت: "یون‌های کوچک مانند دانه‌های شن هستند." "آهن مانند یک توپ بولینگ است." او مشتی به کف دستش زد. تخمین زده می‌شود که در طول یک سال در فضای عمیق، هر سلول در بدن یک فضانورد در معرض یک یون سنگین قرار می‌گیرد.
شوارتز نمونه‌های خود را به یک سکوی پلی‌استایرن چسباند و آنها را روی یک میز فلزی در اتاق تشعشع قرار داد. وقتی برگشت، چراغ پرتو روشن شد. یک خط قرمز ضخیم که نشان دهنده یون‌های آهن بود، روی مانیتور شلیک شد. تصور کردم پین‌های بولینگ در حال پراکنده شدن هستند. بهشتی گفت: "نه پرتاب کن، بلکه روشن کن!" هر پانزده دقیقه یا بیشتر، یک یون متفاوت سلول‌ها را تشعشع می‌داد و پس از اتمام چندین چرخه، شوارتز اجازه داد نمونه‌ها استراحت کنند. سپس با احتیاط به آزمایشگاه خود بازگشت، جایی که یک محقق فوق دکترا آماده شروع تجزیه و تحلیل آنها بود.
چند ماه بعد، زمانی که آنها در حال آماده شدن برای ارسال یافته‌های اولیه به یک مجله علمی بودند، با بهشتی و شوارتز ملاقات کردم. کبد معمولاً مقاوم‌تر از برخی اندام‌های دیگر در برابر تشعشع در نظر گرفته می‌شود، اما آزمایش آنها از دست دادن عمیق سلول‌های کبدی را تشخیص داد. دوز مریخ به طور قابل توجهی بدتر از دوز ماه بود. سلول‌هایی که زنده مانده بودند، کمتر قادر به انجام عملکردهای اساسی مانند تولید پروتئین و متابولیسم زباله بودند. شوارتز طرح کلی چرخه احتمالی تخریب را ارائه داد. میتوکندری‌ها به طور معمول رادیکال‌های آزاد را خنثی می‌کنند، اما زمانی که تشعشع به آنها آسیب می‌رساند، این روند دشوارتر می‌شود. رادیکال‌های آزاد سپس به DNA میتوکندری آسیب می‌رسانند و این میتوکندری را بیشتر ضعیف می‌کند. این پیشرفت می‌تواند به سیستم ایمنی آسیب برساند، پیری را تسریع کند و باعث سرطان شود.
نتیجه دیگری اطمینان‌بخش‌تر بود. میتوکندری‌هایی که با مکمل‌ها غنی شده بودند، احتمال کمتری داشت که یکپارچگی خود را از دست بدهند و بمیرند. در برخی موارد، آنها تقریباً به خوبی میتوکندری‌هایی که تشعشع نشده بودند، عمل کردند. بهشتی و شوارتز پیشنهاد کردند که مکمل‌ها ممکن است روزی به فضانوردان کمک کنند تا از بدترین اثرات تشعشع جلوگیری کنند. حتی انسان‌های زمینی نیز می‌توانند سود ببرند. شوارتز گفت: "اختلال عملکرد میتوکندری یک فرآیند جهانی است که اساس انواع بیماری‌های انسانی است." "این یک روش کاملاً متفاوت برای تفکر در مورد چگونگی درمان تعدادی از اختلالات—سرطان، پیری، بیماری‌های عفونی—باز می‌کند."
در "مریخی"، رمان ۲۰۱۱ اندی ویر (در سال ۲۰۱۵ به فیلمی با بازی مت دیمون تبدیل شد)، یک طوفان گرد و غبار خشونت‌آمیز یکی از اولین تیم‌های مریخ را مجبور به تخلیه می‌کند. هنگامی که آوار پروازی به نظر می‌رسد گیاه‌شناس آنها، مارک واتنی، را می‌کشد، آنها با اکراه او را پشت سر می‌گذارند، تنها بعداً متوجه می‌شوند که او زنده مانده است. واتنی، که به تنهایی در یک سیاره متخاصم سرگردان است، باید از هوش و آموزش علمی خود برای یافتن راهی برای زنده ماندن تا زمانی که یک مأموریت نجات بتواند به او برسد استفاده کند. او سیب‌زمینی‌ها را در خاک مریخ کشت می‌کند، از سوخت موشک آب تولید می‌کند و در یک مریخ‌نورد در سراسر سیاره رانندگی می‌کند. او می‌گوید: "من باید از این وضعیت علم را بیرون بکشم."
نبوغ واتنی الهام‌بخش است، اما این کتاب همچنین این سؤال را مطرح می‌کند: چقدر علم کافی خواهد بود؟ حتی اگر بتوانیم مشکلات تشعشع، گرانش و انزوا را حل کنیم، آیا می‌توانیم استرس‌های روانی و فیزیولوژیکی زندگی در سیاره‌ای دیگر را تحمل کنیم؟ آیا می‌توانیم خود را با محیطی سازگار کنیم که با محیطی که در آن تکامل یافته‌ایم بسیار متفاوت است؟ یا متوجه خواهیم شد که در پایان، بدن انسان به سادگی برای فضا طراحی نشده است؟