Ein kürzlich aufgetretener extremer Sturm lieferte nicht nur Polarlichter, sondern lieferte auch weitere Details darüber, wie viel Strahlung künftige Astronauten auf dem Roten Planeten ausgesetzt sein könnten.
Marsforscher haben gewaltige Sonnenstürme erwartet, seit die Sonne Anfang des Jahres in eine Phase höchster Aktivität eintrat, das sogenannte Sonnenmaximum. Im vergangenen Monat konnten die Forscher mit den Marsrovern und -orbitern der NASA eine Reihe von Sonneneruptionen und koronalen Massenauswürfen, die den Mars erreichten, aus nächster Nähe beobachten – in einigen Fällen verursachten sie sogar Polarlichter.
Dieser wissenschaftliche Boom bot beispiellose Gelegenheiten zur Untersuchung des Ablaufs derartiger Ereignisse im Weltall und der möglichen Strahlenbelastung der ersten Astronauten auf dem Mars.
Das größte Ereignis ereignete sich am 20. Mai mit einer Sonneneruption, die später auf die Klasse X12 geschätzt wurde – Sonneneruption der Klasse X sind die stärksten mehrerer Typen – basierend auf Daten der Raumsonde Solar Orbiter, einer gemeinsamen Mission der ESA (European Space Agency) und der NASA.
Der Ausbruch schickte Röntgen- und Gammastrahlen in Richtung des Roten Planeten, während ein nachfolgender koronaler Massenauswurf geladene Teilchen freisetzte. Die Röntgen- und Gammastrahlen des Ausbruchs bewegten sich mit Lichtgeschwindigkeit und trafen zuerst ein, während die geladenen Teilchen knapp dahinter blieben und den Mars in nur zehn Minuten erreichten.
Die violette Farbe in diesem Video zeigt Polarlichter auf der Nachtseite des Mars, die vom Ultraviolettinstrument an Bord des MAVEN-Orbiters der NASA zwischen dem 14. und 20. Mai 2024 erfasst wurden. Je heller das Violett, desto mehr Polarlichter waren vorhanden. Bildnachweis: NASA/University of Colorado/LASP
Die Entwicklung des Weltraumwetters wurde von den Analysten im Space Weather Analysis Office am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt (Maryland) aufmerksam verfolgt. Dieses wies auf die Möglichkeit hereinkommender geladener Teilchen nach dem koronalen Massenauswurf hin.
Hätten Astronauten zu diesem Zeitpunkt neben dem Marsrover Curiosity der NASA gestanden, hätten sie eine Strahlendosis von 8.100 Mikrogray abbekommen – das entspricht 30 Röntgenaufnahmen der Brust. Zwar war dies nicht tödlich, aber es war die stärkste Dosis, die Curiositys Radiation Assessment Detector (RAD) seit der Landung des Rovers vor 12 Jahren gemessen hat.
Mithilfe der Daten von RAD können sich Wissenschaftler auf die höchste Strahlenbelastung vorbereiten, der Astronauten ausgesetzt sein könnten, und die sie zum Schutz auf dem Mars nutzen könnten.
„Klippen oder Lavaröhren würden Astronauten vor einem solchen Ereignis zusätzlich schützen. In der Umlaufbahn des Mars oder im Weltraum wäre die Dosisleistung deutlich höher“, sagte Don Hassler, der leitende Forscher von RAD, von der Abteilung für Sonnensystemforschung und -erkundung des Southwest Research Institute in Boulder, Colorado. „Es würde mich nicht überraschen, wenn diese aktive Region auf der Sonne weiterhin ausbricht, was in den kommenden Wochen noch mehr Sonnenstürme auf der Erde und dem Mars bedeuten würde.“
Bei dem Ereignis vom 20. Mai traf so viel Energie des Sturms auf die Oberfläche, dass auf den Schwarz-Weiß-Bildern der Navigationskameras von Curiosity „Schnee“ tanzte – weiße Streifen und Flecken, die durch geladene Teilchen verursacht wurden, die auf die Kameras trafen.
Ebenso wurde die Sternkamera, die NASAs Mars Odyssey Orbiter 2001 zur Orientierung verwendet, von Sonnenpartikeln überflutet und fiel kurzzeitig aus. (Odyssey kann sich auf andere Weise orientieren und hat die Kamera innerhalb einer Stunde wiederhergestellt.) Trotz des kurzen Ausfalls seiner Sternkamera sammelte der Orbiter mit seinem Detektor für hochenergetische Neutronen wichtige Daten über Röntgenstrahlen, Gammastrahlen und geladene Teilchen.
Dies war nicht Odysseys erste Begegnung mit einer Sonneneruption: Im Jahr 2003 wurde Odysseys Strahlungsdetektor, der zur Messung solcher Ereignisse konzipiert war, durch Sonnenpartikel einer Sonneneruption, bei der es sich letztlich um einen X45 handelte, zerstört.
Polarlichter über dem Mars
Hoch über Curiosity hat der MAVEN-Orbiter (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN) der NASA einen weiteren Effekt der jüngsten Sonnenaktivität eingefangen: leuchtende Polarlichter über dem Planeten. Die Art und Weise, wie diese Polarlichter entstehen, unterscheidet sich von denen, die man auf der Erde sieht.
Unser Heimatplanet ist durch ein starkes Magnetfeld vor geladenen Teilchen geschützt, was Polarlichter normalerweise auf Regionen in Polnähe beschränkt. (Das Sonnenmaximum ist der Grund für die jüngsten Polarlichter, die man bis nach Alabama im Süden sieht.) Der Mars hat in der Urzeit sein intern erzeugtes Magnetfeld verloren, sodass er vor dem Ansturm energiereicher Teilchen nicht geschützt ist. Wenn geladene Teilchen auf die Marsatmosphäre treffen, entstehen Polarlichter, die den gesamten Planeten einhüllen.
Bei Sonnenereignissen setzt die Sonne eine Vielzahl energiereicher Teilchen frei. Nur die energiereichsten können die Oberfläche erreichen und von RAD gemessen werden. Etwas weniger energiereiche Teilchen, die Polarlichter verursachen, werden vom Solar Energetic Particle Instrument von MAVEN erfasst.
Mithilfe der Daten dieses Instruments können Wissenschaftler für jede Minute des Vorbeirauschens der Sonnenpartikel einen Zeitablauf rekonstruieren und so den Ablauf des Ereignisses akribisch entschlüsseln.
„Dies war das größte solare Teilchenereignis mit hoher Energie, das MAVEN je beobachtet hat“, sagte Christina Lee, Leiterin des MAVEN-Weltraumwetterdienstes vom Space Sciences Laboratory der University of California in Berkeley. „In den vergangenen Wochen gab es mehrere solare Ereignisse, sodass wir eine Welle nach der anderen von Teilchen beobachten konnten, die den Mars trafen.“
Neue Raumsonde zum Mars
Die Daten, die von der NASA-Raumsonde eingehen, werden nicht nur zukünftigen Planetenmissionen zum Roten Planeten helfen. Sie tragen auch zu einer Fülle von Informationen bei, die von anderen Heliophysik-Missionen der Agentur gesammelt werden, darunter Voyager, Parker Solar Probe und die bevorstehende ESCAPADE-Mission (Escape and Plasma Acceleration and Dynamics Explorers).
Der Start der beiden kleinen Satelliten von ESCAPADE ist für Ende 2024 geplant. Sie werden den Mars umkreisen und das Weltraumwetter aus einer einzigartigen Doppelperspektive beobachten, die detaillierter ist als das, was MAVEN derzeit allein messen kann.