Znajdź zawartość

Większość pracowników NASA - amerykańskiej agencji zajmującej się badaniem kosmosu - w dzieciństwie oglądała kultowy do dziś serial science-fiction z lat sześćdziesiątych: Star Trek. Bez skrępowania przyznają się do fascynacji tym pionierskim obrazem, wielu właśnie dzięki niemu zdecydowało się poświęcić swoje życie astronautyce. I nic dziwnego w takim razie, że widzą tak wiele podobieństw swojej pracy do filmowej „misji odkrywania nowych, obcych światów". Standardowa orbita, panie Sulu - to jedna z najczęściej słyszanych komend kapitana Jamesa T. Kirka. Łatwość, z jaką statek „Enterprise" zmienia orbity i podróżuje od jednej planety do drugiej w prawdziwej kosmonautyce nie jest możliwa. Czy też raczej: nie była możliwa aż do teraz. Napęd odrzutowy ma to do siebie, że zużywa gigantyczne ilości paliwa. Lot w kosmosie to zatem kilka minut pełnego ciągu, a potem dni, miesiące, czy lata lotu rozpędem. Nigdy dotąd żaden pojazd kosmiczny nie orbitował wokół choćby dwóch ciał kosmicznych - ilość paliwa konieczna do takich manewrów byłaby tak duża, że obciążona nim rakieta w ogóle nie oderwałaby się od Ziemi. Przełom nastąpił wraz z wynalezieniem napędu jonowego. Takim właśnie napędem dysponuje podróżująca właśnie przez Układ Słoneczny sonda Dawn (ang. „Świt"). Olbrzymie, bo mierzące 65 stóp baterie słoneczne generują prąd, który jonizuje paliwo - ksenon, gaz szlachetny. Nie jest to bolid wyścigowy - jak żartują inżynierowie NASA - do setki rozpędza się całe cztery dni. Ale w odróżnieniu od konwencjonalnych napędów odrzutowych, silnik jonowy nie wymaga wielkiego statku i olbrzymich zbiorników paliwa. Jest oszczędny - przez te cztery dni zużyje jedynie jeden kilogram ksenonu - i może działać przez cały czas. Sonda rozpędza się powoli, ale bezustannie, dzięki czemu może osiągać wielkie prędkości. I może manewrować. „By odkrywać nowe, nieznane światy" Silnik sondy Dawn może działać bez przerwy przez pięć i pół roku - zachwycają się inżynierowie. - Przykładowe wejście na orbitę Marsa dla tradycyjnej sondy oznacza zużycie 300 kilogramów paliwa. Dla silnika jonowego zainstalowanego w Dawnie: tylko 30 kilogramów. Co ciekawe, napęd jonowy po raz pierwszy pojawił się... tak, w serialu Star Trek. I jak filmowe okręty przyszłości, Dawn może manewrować i podróżować od jednej planety do drugiej. Pięć i pół roku działania silnika oznacza możliwość działania i manewrowania nawet przez kilkadziesiąt lat. Nie wiadomo, czy to przypadek, ale sterownia, skąd kieruje się lotem sondy bardzo przypomina... maszynownię „Enterprise". Czujemy się tu jak Scotty - półżartobliwie mówią członkowie projektu. Sentymenty i zabawne skojarzenia to jedno, a poważna praca to drugie. Dawn wykonuje poważną misję: zbadania dwóch planetoid: Ceres i Westę. To największe planetoidy w naszym Systemie Słonecznym, Ceres jest już tak naprawdę, podobnie jak Pluton, planetą karłowatą, a Westa niewiele jej ustępuje. Podczas gdy Westa jest ciałem skalistym, Ceres przypomina lodowe ciała istniejące bliżej krańców naszego Układu, naukowcy spodziewają się, że pod lodową pokrywą może nawet znajdować się ocean płynnej wody. Taka skomplikowana misja nie byłaby możliwa przy użyciu tradycyjnych napędów. Dzięki silnikowi jonowemu Dawn naprawdę odkrywa „nowe, nieznane światy". Dane zgromadzone przez sondę Dawn pozwolą być może zrozumieć, czemu te dwa ciała niebieskie są tak odmienne od typowych planetoid. To przełomowa misja, nie tylko dla Laboratorium Napędów Odrzutowych, czy NASA - mówią uczestnicy projektu - ale dla całej ludzkości. To, odwołując się do ich ulubionego serialu, naprawdę „fascynujące".

Riley Joyce to pierwsze na świecie dziecko, któremu podano ksenon, by zapobiec trwałemu uszkodzeniu mózgu. Technikę opracowała prof. Marianne Thoresen z Uniwersytetu Bristolskiego. Wdrożono ją w tamtejszym Szpitalu św. Michała. Chłopiec przyszedł na świat w Royal United Hospital w Bath w wyniku cesarskiego cięcia. Nie oddychał i nie miał tętna. Ryzyko trwałego uszkodzenia mózgu wynosiło aż 50%, dlatego gdy rodzice wyrazili zgodę na eksperymentalne leczenie, szybko podjęto decyzję o przetransportowaniu noworodka do Bristolu. Obecnie maluch ma się dobrze. Pomysł na wykorzystanie ksenonu wyszedł nie tylko od Thoresen, ale również od doktora Johna Dingleya ze Swansea University. W 1998 r. pani profesor zaczęła ochładzać dzieci, u których doszło do niedotlenienia okołoporodowego. Wykazała, że technika ta może zmniejszyć zakres uszkodzeń w mózgach noworodków. Wszystko zaczęło się jednak 3 lata wcześniej, kiedy podczas eksperymentów laboratoryjnych na modelu zwierzęcym zademonstrowano, że chłodzenie po niedotlenieniu ogranicza zniszczenia mózgu. Podczas testów klinicznych potwierdzono, że łagodne ochładzanie o kilka stopni przez 3 doby jest nie tylko bezpieczne, ale i skuteczne. Niestety, dość szybko stało się jasne, że zniszczenia są redukowane jedynie częściowo, w dodatku nie u wszystkich dzieci. Metodę należało więc uzupełnić o coś jeszcze... Ksenon jest bardzo rzadkim i chemicznie biernym znieczulającym gazem, występującym w śladowych ilościach w powietrzu. W 2002 roku John Dingley i ja stwierdziliśmy, że połączenie ksenonu i chłodzenia może jeszcze bardziej ograniczyć uszkodzenia. W ciągu ostatnich 8 lat wykazaliśmy w laboratorium, że działanie tego gazu szlachetnego rzeczywiście sumuje się z ochronnymi efektami zastosowania chłodzenia. Stanęliśmy jednak przed wyzwaniem, w jaki sposób dostarczyć noworodkom rzadki i wyjątkowo drogi pierwiastek. Dr Dingley przez 10 lat rozwijał na swoim macierzystym uniwersytecie aparaturę do znieczulania ksenonem dorosłych i to on zaprojektował maszynę dla dzieci, która "zasysa" wydychane gazy, usuwa wszystkie związki i pierwiastki poza ksenonem i ponownie wprowadza go do obiegu. Cały Xe jest wdychany, bez żadnych strat do otaczającego powietrza. Na podobnej zasadzie działa aparatura do nurkowania dla wojska, ale dotąd nikt nie próbował zbudować miniaturowej jej wersji dla noworodków. Sam projektant zachwala niezwykłą wydajność maszynerii. Zużywa ona zaledwie 200 ml ksenonu na godzinę. Ze względu na rzadkość tego gazu litr kosztuje aż 30 funtów (ok. 130 zł). Jako że nawet noworodki wdychają litry powietrza na godzinę, bez ekonomicznej metody dostarczania, leczenie w oparciu o ten pierwiastek byłoby niemożliwie kosztowne. Co ważne, ksenon nie wywołuje efektów ubocznych i jest naprawdę niesamowicie skuteczny. Wkrótce urządzenie przejdzie kilkumiesięczne testy kliniczne na co najmniej 12 maluchach. Potem rozpoczną się zakrojone na szerszą skalę testy na oddziałach noworodkowych w Wielkiej Brytanii. Riley miał już szczęście skorzystać z dobrodziejstw metody przed wszystkimi innymi. Jak donosi profesor Thoreson, po 7 dniach brzdąc był przytomny, potrafił spoglądać na twarz matki, podnosić główkę i zaczął jeść mleko.

Z badań przeprowadzonych przez naukowca z Uniwersytetu w Manchesterze wynika, że znaczna część atmosferycznych zasobów dwóch gazów szlachetnych, kryptonu i ksenonu, mogła dotrzeć do Ziemi dzięki kometom. Autor hipotezy, dr Greg Holland, opiera swoje przypuszczenia na analizach izotopowych. Jak wykazały pomiary przeprowadzone przez jego zespół, zasoby obu kryptonu i ksenonu znajdujące się pod naszymi stopami znacznie różnią się od tych, które wdychamy wraz z powietrzem. Jak wykazał dr Holland, w próbkach pobranych z atmosfery procentowa zawartość lekkich izotopów obu badanych pierwiastków jest znacznie wyższa, niż w rezerwuarach ditlenku węgla (CO2) znajdujących się kilkaset metrów pod ziemią. Skład materiału pozyskanego z atmosfery jest więc bliższy temu spotykanemu w kometach, zaś dane dotyczące budowy meteorytów świadczą o podobieństwie ich składu do zawartości badanych izotopów w skorupie ziemskiej. Zdaniem dr. Hollanda zebrane informacje świadczą o tym, że źródłem znacznej części ziemskich zasobów ksenonu i kryptonu mogły być komety, które znalazły się w pobliżu Ziemi na wczesnych etapach jej formowania. O szczegółach swojego studium badacz poinformował za pośrednictwem czasopisma Science.

Ksenon, gaz szlachetny znany głównie jako źródło światła w nowoczesnych lampach samochodowych, może być także cennym lekiem ograniczającym uszkodzenia układu nerwowego. Niestety, ze względu na wysoką cenę jego stosowanie było dotychczas bardzo ograniczone. Na szczęście znalazła się jednak grupa naukowców, którzy spróbowali rozwiązać ten problem. Główną przyczyną zainteresowania ksenonem jest jego zdolność do wywoływania w bezpieczny sposób śpiączki. Stan taki pozwala na zmniejszenie zapotrzebowania tkanek na tlen, co chroni kluczowe organy (głównie mózg) przed niedostateczną podażą tego życiodajnego gazu. Niestety, zwyczajne podawanie ksenonu z butli nie wchodzi w rachubę, gdyż jego wchłanianie przez płuca jest minimalne, zaś zdecydowana większość jest bezpowrotnie tracona wraz z wydychanym powietrzem, co czyni tę metodę nieopłacalną. Na pomysł rozwiązania opisywanego problemu wpadli badacze kierowani przez dr. Johna Dingleya z University of Wales w Swansea. Opracowany przez nich aparat podaje pacjentowi zaprogramowaną mieszaninę ksenonu i tlenu, a następnie, zamiast pozwalać wydychanemu powietrzu uwalniać się, wychwytuje je. "Odzyskane" powietrze jest oczyszczane z dwutlenku węgla za pomocą filtra z wapna sodowego, czyli wodnego roztworu wodorotlenków wapnia, sodu i potasu. Uzyskany w ten sposób gaz jest analizowany, a następnie wzbogacany o odpowiednią ilość tlenu i ksenonu. Tak powstałą mieszankę ponownie podaje się pacjentowi. Największą zaletą aparatu opracowanego przez zespół dr. Dingleya jest drastyczne obniżenie kosztów terapii. Dzięki nowej metodzie utrzymanie pacjenta w stanie kontrolowanej spiączki przez godzinę kosztuje zaledwie 2 dolary. Jak nietrudno zauważyć, jest to cena pozwalająca na swobodne stosowanie nowej metody w praktyce klinicznej. Skuteczność aparatu potwierdzono w badaniach na noworodkach świń. Jak się okazało, podawanie ksenonu pozwoliło na wprowadzenie zwierząt w stan długotrwałej śpiączki przy zachowaniu wysokiego bezpieczeństwa terapii. Zespół dr. Dingleya ustalił także, że gaz działał szczególnie dobrze u zwierząt poddawanych równocześnie hipotermii, czyli wychłodzeniu organizmu - innej metodzie stosowanej powszechnie w celu ochrony organizmu przed uszkodzeniem. Obecnie nie wiadomo, kiedy wynalazek mógłby trafić na rynek. Został on jednak stworzony na bazie standardowych aparatów dostępnych w szpitalach, co pozwala liczyć na to, że opracowanie w pełni funkcjonalnej wersji maszyny jest osiągalne i możliwe do zrealizowania w niedługim czasie.