Der erste Sonnenausbruch, der gleichzeitig Erde, Mond und Mars trifft, zeigt die Gefahren der Weltraumstrahlung

Ein koronaler Massenauswurf im Jahr 2021 schickte energiereiche Teilchen zum Mars, zur Erde und zum Mond, was die Notwendigkeit unterstreicht, bemannte Weltraummissionen auf die Gefahren der Sonnenstrahlung vorzubereiten.

Ein Sonnenausbruch im Oktober 2021 wurde gleichzeitig hier auf der Erde, auf dem Mond und sogar auf dem Mars entdeckt.

Durch die erstmalige Entdeckung desselben koronalen Massenauswurfs (CME) auf diesen drei verschiedenen Welten können Wissenschaftler besser bestimmen, wie das Magnetfeld und die Atmosphäre eines Planeten zusammenarbeiten, um Leben vor dieser Strahlung zu schützen.

Diese einzigartige CME-Erkennung wurde noch beeindruckender durch die Tatsache, dass sich unser Planet und der Rote Planet zum Zeitpunkt des Ausbruchs auf gegenüberliegenden Seiten der Sonne befanden und ein Abstand von etwa 250 Millionen Meilen (155 Millionen Meilen) herrschte Kilometer) zwischen ihnen.

Der Ausbruch wurde vom ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) auf dem Mars, vom Mondlander Chang'e-4 und dem Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) der NASA auf der Mondoberfläche sowie von Euglena und der Combined Regenerative Organic-Food Production im Weltraum entdeckt (Eu:CROPIS) Orbiter um die Erde.

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Diese CME verursachte einen Zustrom hochenergetischer und damit sich schnell bewegender geladener Teilchen über die Oberfläche dieser Körper des Sonnensystems. Und dabei wurde deutlich, dass bemannte Weltraumforschungsmissionen vor den Gefahren der Weltraumstrahlung geschützt werden müssen.

„Weltraumstrahlung kann eine echte Gefahr für unsere Erforschung des gesamten Sonnensystems darstellen“, sagte Colin Wilson, Projektwissenschaftler am ExoMars TGO, in einer Erklärung. „Messungen hochgradiger Strahlungsereignisse durch Robotermissionen sind von entscheidender Bedeutung für die Vorbereitung auf Langzeitmissionen mit Besatzung. Dank Daten von Missionen wie ExoMars TGO können wir uns darauf vorbereiten, wie wir unsere menschlichen Entdecker am besten schützen können.“

Normalerweise treffen geladene Teilchen auf die Magnetosphäre, eine magnetische Blase um die Erde, wandern dann entlang magnetischer Feldlinien und verteilen sich über unseren Planeten hinaus. Das bedeutet, dass das natürliche Magnetfeld der Erde das Leben vor dieser Sonnenstrahlung schützt.

Nach Angaben der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) ist der CME-Ausbruch am 28. Oktober 2021 ein Beispiel für ein seltenes Ereignis namens „Bodenniveauanhebung“, bei dem geladene Teilchen von der Sonne schnell genug wandern, um die Magnetosphäre zu durchdringen den Boden erreichen. Dies ist erst das 73. Beispiel eines solchen Ereignisses seit Beginn der Aufzeichnungen in den 1940er Jahren und es bleibt das letzte, das aufgezeichnet wurde.

Andererseits fehlt sowohl dem Mars als auch dem Mond ein Magnetfeld. Dies bedeutet, dass geladene Sonnenteilchen ihre Oberflächen häufiger treffen können als auf der Erde. Wenn dies geschieht, wird von der Oberfläche dieser Welten sogenannte Sekundärstrahlung erzeugt. Es ist erwähnenswert, dass der Mars immer noch eine Atmosphäre hat, die zwar viel dünner als die der Erde ist, aber dennoch energiearme Teilchen aufhalten und hochenergetische Teilchen verlangsamen kann.

Da sowohl der Mars als auch der Mond Hotspots für künftige bemannte Weltraumforschungen sind, ist es wichtig zu wissen, wie beide Standorte von der Sonnenstrahlung beeinflusst werden und was daher Menschen auf den Oberflächen dieser Welten erleben könnten, wenn Astronauten dort Langzeitmissionen unternehmen irgendwann mal.

Eine der nachteiligen Auswirkungen der Strahlenabsorption ist eine Strahlenvergiftung, die durch eine Schädigung des Knochenmarks entsteht und Symptome wie Infektionen und innere Blutungen auslösen kann. Dies kann durch eine Strahlungsdosis über 0,7 Gray verursacht werden (Gray ist das Maß für die Strahlungsabsorption). Wenn ein Astronaut mehr als 10 Gray absorbiert, wäre er wahrscheinlich innerhalb von 14 Tagen tot.

Im August 1972 ereignete sich ein Sonnenausbruch, der einem Astronauten genau eine so hohe Strahlungsdosis zugefügt hätte, wenn er zu diesem Zeitpunkt auf dem Mond gewesen wäre – aber glücklicherweise ereignete sich dieser Ausbruch zwischen den bemannten Missionen Apollo 16 und Apollo 17.

Das LRO hat jedoch gemessen, dass die Strahlung, die der Ausbruch im Oktober 2021 in die Umgebung des Mondes abgegeben hat, mit nur 0,031 Gray deutlich unter einer tödlichen Dosis liegt.

„Unsere Berechnungen der vergangenen bodennahen Verstärkungsereignisse zeigen, dass durchschnittlich ein Ereignis alle 5,5 Jahre die sichere Dosis auf dem Mond überschritten hätte, wenn kein Strahlenschutz bereitgestellt worden wäre“, sagte Jingnan Guo, Astrophysiker an der Universität für Wissenschaft und Technologie Chinas , der das Ereignis erforscht hat, sagte in einer Erklärung: „Das Verständnis dieser Ereignisse ist für zukünftige bemannte Missionen zur Mondoberfläche von entscheidender Bedeutung.“

Die von ExoMars im Orbit um den Mars gemessenen Werte betrugen 0,009 Gray, während der Curiosity Rover auf der Oberfläche des Roten Planeten nur 0,0003 Gray maß. Das bedeutet, dass selbst die dünne Atmosphäre des Mars die potenzielle Strahlungsabsorption um etwa das Dreißigfache reduzierte.

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Der CME wurde auch von den ESA-Missionen zum inneren Sonnensystem erfasst, darunter Solar Orbiter, SOHO und BepiColombo. Dies gab den Wissenschaftlern noch mehr Perspektiven, von denen aus sie es untersuchen konnten. „Derzeit leben wir in einem goldenen Zeitalter der Sonnensystemphysik“, sagte ESA-Forschungsstipendiat Macro Pinto, der nicht an der Forschung beteiligt war, aber bei der Entwicklung von Strahlungsdetektoren für den Weltraum hilft Agentur, sagte. „Strahlungsdetektoren an Bord von Planetenmissionen wie BepiColombo auf dem Weg zum Merkur und Juice auf dem Weg zum Jupiter bieten eine dringend benötigte Abdeckung, um die Beschleunigung und Ausbreitung solarer Energieteilchen zu untersuchen.“

Die Forschungsergebnisse des Teams werden am Mittwoch (2. August) in den Geographical Research Letters veröffentlicht.

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Robert Lea ist ein Wissenschaftsjournalist im Vereinigten Königreich, dessen Artikel in Physics World, New Scientist, Astronomy Magazine, All About Space, Newsweek und ZME Science veröffentlicht wurden. Er schreibt außerdem über Wissenschaftskommunikation für Elsevier und das European Journal of Physics. Rob hat einen Bachelor of Science in Physik und Astronomie von der britischen Open University. Folgen Sie ihm auf Twitter @sciencef1rst.

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