Riesiger Sonnenausbruch auf Erde, Mond und Mars

Am 28. Oktober 2021 brach ein koronaler Massenauswurf aus der Sonne aus und breitete sich über ein so großes Gebiet aus, dass Mars und Erde, obwohl sie auf gegenüberliegenden Seiten der Sonne und etwa 250 Millionen Kilometer voneinander entfernt waren, einen Zustrom energiereicher Teilchen erhielten.

Dies ist das erste Mal, dass ein Sonnenereignis gleichzeitig auf den Oberflächen der Erde, des Mondes und des Mars gemessen wurde. Der Ausbruch wurde von einer internationalen Flotte von Raumfahrzeugen entdeckt, darunter der ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) der ESA, der Marsrover Curiosity der NASA, der Mondlander Chang’e-4 der CNSA, der Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) der NASA und der Erdorbiter Eu:CROPIS des DLR . „Die erste bodennahe Verbesserung, die auf drei Planetenoberflächen beobachtet wurde: Erde, Mond und Mars“, wurde veröffentlicht in Geophysikalische Forschungsbriefe.

Diese gleichzeitigen Messungen auf verschiedenen Welten tragen dazu bei, unser Wissen über die Auswirkungen von Sonnenausbrüchen zu verbessern und darüber, wie das Magnetfeld und die Atmosphäre eines Planeten dazu beitragen können, Astronauten vor ihnen zu schützen.

Vergleich verschiedener Welten

Die Veranstaltung vom 28. Oktober 2021 ist ein Beispiel für eine seltene „Bodenerhöhung“. Während dieser Ereignisse sind die Teilchen der Sonne energiereich genug, um die magnetische Blase zu passieren, die die Erde umgibt und uns vor weniger energiereichen Sonnenausbrüchen schützt. Dies war erst die 73. Bodenverbesserung seit Beginn der Aufzeichnungen in den 1940er Jahren, und seitdem wurde keine mehr registriert.

Da Mond und Mars keine eigenen Magnetfelder erzeugen, können Partikel der Sonne leicht ihre Oberflächen erreichen und sogar mit dem Boden interagieren, um Sekundärstrahlung zu erzeugen. Aber der Mars hat eine dünne Atmosphäre, die die meisten Sonnenteilchen mit niedrigerer Energie aufhält und die hochenergetischen verlangsamt.

Da der Mond und der Mars im Mittelpunkt zukünftiger menschlicher Erforschung stehen, ist es äußerst wichtig, diese Sonnenereignisse und ihre möglichen Auswirkungen auf den menschlichen Körper zu verstehen. Astronauten sind dem Risiko einer Strahlenkrankheit ausgesetzt. Eine Strahlendosis über 700 Milligray – die Einheit für die Strahlungsabsorption – kann durch Zerstörung des Knochenmarks eine Strahlenkrankheit auslösen, die zu Symptomen wie Infektionen und inneren Blutungen führt.

Wenn ein Astronaut mehr als 10 Gray bekommt, ist es äußerst unwahrscheinlich, dass er länger als zwei Wochen überlebt. Ein Sonnenausbruch im August 1972 hätte einem Astronauten auf der Mondoberfläche eine so hohe Strahlungsdosis zugefügt, aber er fiel glücklicherweise zwischen den bemannten Missionen Apollo 16 und 17.

Zum Vergleich: Während des Ereignisses am 28. Oktober 2021 betrug die Dosis im Mondorbit, gemessen mit dem Lunar Reconnaissance Orbiter der NASA, nur 31 Milligray. „Unsere Berechnungen der vergangenen bodennahen Verstärkungsereignisse zeigen, dass durchschnittlich alle 5,5 Jahre ein Ereignis die sichere Dosis auf dem Mond überschritten hätte, wenn kein Strahlenschutz vorgesehen gewesen wäre. Das Verständnis dieser Ereignisse ist für zukünftige bemannte Missionen zur Mondoberfläche von entscheidender Bedeutung.“ den Mond“, sagt der Wissenschaftler Jingnan Guo, der das Ereignis vom 28. Oktober erforschte.

Wenn wir die Messungen von ExoMars TGO und dem Curiosity Rover vergleichen, wird deutlich, welchen Schutz die Marsatmosphäre bietet: TGO hat 9 Milligray gemessen, 30-mal mehr als die auf der Oberfläche gemessenen 0,3 Milligray.

Auch die ESA-Missionen zum inneren Sonnensystem, Solar Orbiter, SOHO und BepiColombo, wurden von der Explosionswelle erfasst und boten so noch mehr Aussichtspunkte für die Untersuchung dieses Sonnenereignisses.

„Derzeit leben wir in einem goldenen Zeitalter der Sonnensystemphysik. Strahlungsdetektoren an Bord von Planetenmissionen wie BepiColombo auf dem Weg zum Merkur und Juice auf dem Weg zum Jupiter bieten eine dringend benötigte Abdeckung zur Untersuchung der Beschleunigung und Ausbreitung der Sonne.“ energiereichen Teilchen“, bemerkt Marco Pinto, ESA-Forschungsmitarbeiter, der an Strahlungsdetektoren arbeitet.

Schutz unserer Astronauten

Der Schutz von Astronauten auf ihrem Weg ins All ist eine wesentliche und wichtige Aufgabe der ESA. Das Verständnis und die Vorhersage intensiver Strahlungsereignisse ist dabei ein wesentlicher Bestandteil. Spezielle Instrumente messen die Strahlungsumgebung im Weltraum und werden zum Schutz kritischer weltraumgestützter und bodengestützter Infrastruktur, aber auch von Astronauten eingesetzt. Wenn Astronauten rechtzeitig gewarnt werden, könnten sie Schutz suchen, beispielsweise durch Körperkleidung oder Unterschlupf in Höhlen. Die derzeitige Politik auf der Internationalen Raumstation besteht darin, sich in die Schlafräume oder die Küche zurückzuziehen, wo Wände vor Strahlung schützen.

Mondtor

Das Artemis-Programm, das Astronauten zum Mond schickt, umfasst eine Raumstation in der Mondumlaufbahn, genannt Gateway. Auf dem Gateway werden drei Instrumentenreihen die Strahlungsumgebung rund um den Mond überwachen: das European Radiation Sensors Array (ERSA) der ESA, die Heliophysics Environmental and Radiation Measurement Experiment Suite (HERMES) der NASA und das ESA/JAXA Internal Dosimeter Array (IDA).

Zusammen werden diese Experimente die Strahlungsumgebung außerhalb von Gateway messen und gleichzeitig die spezifischen Strahlungsdosen im Inneren überwachen, zwischen 3.000 km und 70.000 km von der Mondoberfläche entfernt. Diese Messungen werden für ein besseres Verständnis der Umgebung, die Astronauten im interplanetaren Raum erleben werden, von entscheidender Bedeutung sein.

Luna-Zwillinge

Raumfahrtbehörden prüfen auch Schutzkleidung, um die Auswirkungen der Weltraumstrahlung auf den Körper zu minimieren. Zwei identische Mannequins, entwickelt vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), waren Passagiere des Testflugs Artemis I, der im November und Dezember 2022 am Mond vorbeiflog.

Die Schaufensterpuppen mit den Spitznamen Helga und Zohar waren dem weiblichen Körper nachempfunden und mit Strahlungssensoren des DLR und der NASA ausgestattet. Helga flog ungeschützt, doch Zohar trug eine neu entwickelte Strahlenschutzweste, die ihren Oberkörper bedeckte. Forscher des DLR vergleichen derzeit die beiden von Helga und Zohar gemessenen Datensätze.

Colin Wilson, ExoMars TGO-Projektwissenschaftler, kommt zu dem Schluss: „Weltraumstrahlung kann eine echte Gefahr für unsere Erforschung des gesamten Sonnensystems darstellen. Messungen hochgradiger Strahlungsereignisse durch Robotermissionen sind von entscheidender Bedeutung für die Vorbereitung langfristiger bemannter Missionen. Dank der Daten.“ Mit Missionen wie ExoMars TGO können wir uns darauf vorbereiten, wie wir unsere menschlichen Entdecker am besten schützen können.“