In den kommenden Monaten werden zwei Mars-Raumsonden der NASA die beispiellose Gelegenheit haben, zu untersuchen, wie sich Sonneneruptionen – riesige Explosionen auf der Sonnenoberfläche – auf Roboter und zukünftige Astronauten auf dem Roten Planeten auswirken könnten.
Das liegt daran, dass die Sonne in eine Periode höchster Aktivität eintritt, die als Sonnenmaximum bezeichnet wird und etwa alle 11 Jahre auftritt. Während des Sonnenmaximums ist die Sonne besonders anfällig für heftige Wutanfälle in verschiedenen Formen – darunter Sonneneruptionen und koronale Massenauswürfe –, die Strahlung tief in den Weltraum schleudern. Wenn eine Reihe dieser Sonnenereignisse ausbricht, spricht man von einem Sonnensturm.
Das Erdmagnetfeld schirmt unseren Heimatplaneten weitgehend vor den Auswirkungen dieser Stürme ab. Aber der Mars hat sein globales Magnetfeld schon vor langer Zeit verloren, was den Roten Planeten anfälliger für die energiereichen Teilchen der Sonne macht. Wie intensiv ist die Sonnenaktivität auf dem Mars? Forscher hoffen, dass das aktuelle Sonnenmaximum ihnen eine Chance gibt, das herauszufinden. Bevor die Raumfahrtbehörden Menschen dorthin schicken, müssen sie neben vielen anderen Details ermitteln, welche Art von Strahlenschutz Astronauten benötigen würden.
„Für Menschen und Vermögenswerte auf der Marsoberfläche haben wir keinen genauen Überblick über die Auswirkungen der Strahlung während der Sonnenaktivität“, sagte Shannon Curry vom Labor für Atmosphären- und Weltraumphysik der University of Colorado Boulder. Curry ist Hauptforscher für den NASA-Orbiter MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN), der vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, verwaltet wird. „Eigentlich würde ich dieses Jahr gerne das ‚Große‘ auf dem Mars sehen – ein großes Ereignis, das wir untersuchen können, um die Sonnenstrahlung besser zu verstehen, bevor Astronauten zum Mars fliegen.“
Erfahren Sie, wie MAVEN der NASA und der Curiosity Rover der Agentur Sonneneruptionen und Strahlung auf dem Mars während des Sonnenmaximums untersuchen werden – einer Zeit, in der die Sonne ihre höchste Aktivität aufweist. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/GSFC/SDO/MSSS/University of Colorado
Hoch und niedrig messen
MAVEN beobachtet Strahlung, Sonnenpartikel und mehr hoch über dem Mars. Die dünne Atmosphäre des Planeten kann die Intensität der Partikel beeinflussen, wenn sie die Oberfläche erreichen, und hier kommt der NASA-Rover Curiosity ins Spiel. Daten vom Radiation Assessment Detector (RAD) von Curiosity haben Wissenschaftlern geholfen zu verstehen, wie Strahlung kohlenstoffbasierte Moleküle abbaut an der Oberfläche, ein Prozess, der sich darauf auswirken könnte, ob dort Spuren antiken mikrobiellen Lebens erhalten bleiben. Das Instrument hat der NASA auch eine Vorstellung davon gegeben, wie viel Strahlenschutz Astronauten erwarten können, wenn sie Höhlen, Lavaröhren oder Felswände zum Schutz nutzen.
Wenn ein Sonnenereignis auftritt, achten Wissenschaftler sowohl auf die Menge der Sonnenteilchen als auch auf deren Energie.
„Man kann eine Million Teilchen mit niedriger Energie oder 10 Teilchen mit extrem hoher Energie haben“, sagte RADs Hauptforscher Don Hassler vom Büro des Southwest Research Institute in Boulder, Colorado. „Während MAVENs Instrumente empfindlicher auf energieärmere Instrumente reagieren, ist RAD das einzige Instrument, das in der Lage ist, energiereiche Instrumente zu erkennen, die es durch die Atmosphäre bis zur Oberfläche schaffen, wo sich Astronauten aufhalten würden.“
Wenn MAVEN eine große Sonneneruption entdeckt, informiert das Orbiterteam das Curiosity-Team darüber, damit es auf Änderungen in den RAD-Daten achten kann. Die beiden Missionen können sogar eine Zeitreihe erstellen, die Veränderungen bis auf eine halbe Sekunde misst, wenn Partikel in der Marsatmosphäre ankommen, mit ihr interagieren und schließlich auf der Oberfläche auftreffen.
Die MAVEN-Mission leitet außerdem ein Frühwarnsystem, das andere Teams von Mars-Raumsonden darüber informiert, wann die Strahlungswerte zu steigen beginnen. Das Heads-up ermöglicht es Missionen, Instrumente auszuschalten, die anfällig für Sonneneruptionen sein könnten, die die Elektronik und Funkkommunikation stören können.
Wasser verloren
Die Untersuchung des Sonnenmaximums trägt nicht nur dazu bei, die Sicherheit von Astronauten und Raumfahrzeugen zu gewährleisten, sondern könnte auch Aufschluss darüber geben, warum sich der Mars vor Milliarden von Jahren von einer warmen, feuchten erdähnlichen Welt in die eiskalte Wüste verwandelt hat, die er heute ist.
Der Planet befindet sich an einem Punkt seiner Umlaufbahn, an dem er der Sonne am nächsten ist, was die Atmosphäre aufheizt. Dies kann dazu führen, dass Staubstürme die Oberfläche bedecken. Manchmal verschmelzen die Stürme und werden global.
Während es auf dem Mars nur noch wenig Wasser gibt – hauptsächlich Eis unter der Oberfläche und an den Polen –, zirkuliert ein Teil immer noch als Dampf in der Atmosphäre. Wissenschaftler fragen sich, ob globale Staubstürme dazu beitragen, diesen Wasserdampf auszustoßen und ihn hoch über den Planeten zu treiben, wo bei Sonnenstürmen die Atmosphäre abgetragen wird. Eine Theorie besagt, dass dieser über Äonen hinweg oft genug wiederholte Prozess erklären könnte, warum der Mars heute von Seen und Flüssen praktisch kein Wasser mehr hat.
Wenn ein globaler Staubsturm gleichzeitig mit einem Sonnensturm auftreten würde, wäre dies eine Gelegenheit, diese Theorie zu testen. Wissenschaftler sind besonders aufgeregt, weil dieses besondere Sonnenmaximum zu Beginn der staubigsten Jahreszeit auf dem Mars auftritt, sie wissen aber auch, dass ein globaler Staubsturm selten vorkommt.