Den 20 juli, 1969, Apollo 11-astronauten Buzz Aldrin klev ut en månlandare på månens yta. Landskapet framför honom, som bestod av skarpa svarta och gråa, liknade vad han senare kallade "storslagen ödslighet".

När det kommer till ödeläggelse, dock, månen kanske inte har något på Mars.

Den röda planeten cirklar runt solen på ett genomsnittligt avstånd av cirka 140 miljoner miles från jorden. När människor så småningom besöker den här världen – oavsett om det är om 20 år eller 50 – kan de möta en resa som varar 1, 000 dagar eller längre. Hela Apollo 11-uppdraget, i kontrast, varade bara lite över åtta dagar. Om framtida Mars-astronauter blir ensamma, eller om något allvarligare går fel, hjälp är långt borta.

För forskare som studerar hur mänskliga kroppar och sinnen reagerar på rymdresornas påfrestningar, scenariot innebär en hel del okända.

"Vi har aldrig placerat någon i rymden så länge, sa Allie Anderson, en biträdande professor vid Ann och H.J. Smead Department of Aerospace Engineering Sciences. "Det kommer att finnas många utmaningar som vi inte kan förutse eftersom människokroppen inte alltid beter sig som vi förutspår när vi lever i rymden."

Dessa utmaningar är i rampljuset igen efter att NASA framgångsrikt landat sin senaste icke-mänskliga astronaut, en rover som heter Perseverance, på ytan av Mars 18 februari. De är också brödet för forskare som studerar bioastronautik, eller studiet och stödet av liv i rymden, på CU Boulder.

Andersson, till exempel, utforskar högteknologiska kläder som kan övervaka astronauternas hälsa när de bor och arbetar på Mars. Hennes forskning, tillade hon, har utvecklats mycket eftersom människor över hela världen känner sig allt mer isolerade i sina egna liv. Ett andra team ledd av ingenjören David Klaus studerar hur rymdmiljöer som använder "smarta system, "som intelligenta robotar, kan en dag hjälpa människor att överleva på ytan av en främmande värld.

Det är ett forskningsfokus som kommer med noll utrymme för fel, sa Klaus, en professor i flygteknik vid CU Boulder.

"I dag, om något går sönder på den internationella rymdstationen, astronauter kan alltid komma in i en kapsel och komma hem, " sa han. "När du börjar ta dig ut mot Mars, du är väldigt långt borta. Du kan inte lita på markkontroll."

Rymdens stillhet

Anderson noterade att rymden kan vara en farlig miljö men också en som ger en känsla av lugn. Det är något hon fick uppleva själv, om så bara för några sekunder 2015. Ingenjören, som då var postdoktor och studerade hur låggravitationsmiljöer kan påverka människans syn, hade möjligheten att åka på en av NASA:s berömda parabolflygningar – stora flygplan som flyger högt upp i luften sedan rasar snabbt för att få passagerarna att känna att de är viktlösa.

I en ny video, Anderson beskrev ett ögonblick hon hade för sig själv i slutet av flygningen:"Jag trycker försiktigt av, och i det 20 sekunders fönstret, Jag får bara flyta och uppleva rymdens lugn och stillhet."

För ingenjören, som refererar till sig själv som en "lite av en marsian" på grund av hennes passion för den planeten, känslan var kortvarig. För Mars-astronauter, att stillheten kommer att vara en vardaglig verklighet. Även att kommunicera med vänner och familj där hemma kommer att vara en prövning. Om du talar i en mikrofon på Mars, det kan ta allt från cirka fem till 20 minuter för någon på jorden att höra ditt samtal. Psykisk hälsa interventioner som psykoterapi kommer att vara nästan omöjliga.

"Astronauter kommer inte att kunna ta semester från den miljön, " sa Anderson.

Så hon och hennes kollegor, bland annat forskningsprojekt, försöker arbeta inom den osäkerheten. De designar verktyg och strategier som en dag kan göra det möjligt för sjukvårdspersonal på jorden att övervaka och till och med behandla Mars-utforskare när de känner sig stressade.

Katya Arquilla, en doktorand som arbetar med Anderson, ser många paralleller till utmaningarna med att tillhandahålla resurser för mental hälsa på jorden.

"En stor fråga är att komma över stigmat av mental hälsa, " sa hon. "Det är ett problem vi ser här på jorden hela tiden - att få människor att inse att de kan ha en psykisk sjukdom och att söka hjälp."

I ett projekt, Arquilla och Anderson har utarbetat nya sätt att samla in elektrokardiogramdata (EKG) på mänskliga patienter. Dessa hjärtsignaler, som ofta används för att diagnostisera hjärtinfarkt och liknande hälsoproblem, kan ge medicinsk personal en inblick i hur människor hanterar stress. I vanliga fall, läkare förlitar sig på påträngande och obekväma självhäftande elektroder för att ta EKG-data. Arquilla, i kontrast, utvecklat och testat nya typer av vävda elektroder som kan infogas i tyget på en normal, åtsittande T-shirt.

Arquilla sa att hennes tankar om projektet har förändrats under covid-19-pandemin. I dag, miljontals amerikaner – inte bara högutbildade astronauter – genomgår den typ av ensamhet och isolering som kan vänta på framtida Mars-utforskare. Hon hoppas att hennes forskning kan göra deras liv bättre, för.

"Jag tror att samtalet om mental hälsa här i USA äntligen går i en hälsosam riktning, " sa hon. "Förhoppningsvis, dessa typer av teknologier kan integreras i vården på jorden, också."

Habitater som ekosystem

När människor från jorden äntligen når Mars, de kommer att behöva någonstans att sova – och dessa framtida livsrum måste vara mycket mer än bara hem, sa Patrick Pischulti, en doktorand som arbetar i Klaus team.

"För astronauter, rymdmiljön är deras ekosystem, " sade han. "Det ger syre. Det ger vatten. Det skyddar dem från farorna med rymdmiljön."

Klaus, Pischulti och deras kollegor fokuserar på hur NASA och andra rymdorganisationer kan hålla dessa känsliga ekosystem "levande" även när människor inte är ombord. Med andra ord, hur kan en rymdmiljö fortsätta att fungera när det inte finns några astronauter i närheten för att utföra rutinunderhåll? Forskningen är en del av ett NASA-finansierat initiativ kallat Habitats Optimized for Missions of Exploration (HOME) Space Technology Research Institute, som leds av University of California, Davis.

Det är viktigt för Mars-utforskning där livsmiljöer kan stå tomma i månader mellan besättningsuppdrag, sa Klaus.

"Med undantag för några korta varaktigheter mellan Skylab-uppdrag på 1970-talet och under den tidiga byggfasen av internationella rymdstationer, det har aldrig funnits en möjlighet eller ett behov i NASA:s uppdrag att ha en mänsklig rymdfarkost utan människor ombord, " han sa.

Nyckeln till att utveckla den här typen av självförsörjande hem kan ligga i "smarta system". Det är en samlingsterm för intelligenta maskiner, från dammsugningsrobotar till flytande nätverk av branddetektorer, som kan fungera tillsammans med mänskliga användare. NASA, till exempel, har redan skickat tre robotar som tillsammans kallas Astrobee till den internationella rymdstationen. Rymdorganisationen testar om dessa flyger, kubformade maskiner kommer att kunna hjälpa astronauter att slutföra sina dagliga sysslor, som att skjuta föremål runt stationen.

På jorden, det finns ingen brist på den här typen av verktyg, sa Annika Rollock, en doktorand som arbetar med HOME-projektet. Hon och hennes kollegor, dock, försöker bättre förstå vilka som kan vara avgörande för att hålla astronauterna friska och säkra – och vilka som bara kan komma i vägen eller, ännu värre, sätter människoliv på spel.

"Vi måste säga, "Denna AC-enhet eller branddetektor fungerar utmärkt i ett hyreshus, men det fungerar inte i rymden, eller så kommer det inte att vara värt att skicka det ut i rymden, " sa Rollock.

Tills vidare, att arbeta inom bioastronautik kan ta mycket tålamod – det kan dröja årtionden, om inte längre, innan vi ser en jordbo sätta sin fot på Mars. Men Anderson är hoppfull, åtminstone, att hon kommer att se sitt hårda arbete ta sig till den röda planeten en dag.

"Jag hoppas få se någon stå på Mars yta innan jag dör, sa hon. Även om jag tror att jag blir en gammal kvinna när det händer.