Die NASA hat den Mond im Visier und will bis 2026 Astronauten auf die Mondoberfläche schicken und bis 2030 eine langfristige Präsenz aufbauen. Allerdings ist der Mond nicht gerade ein bewohnbarer Ort für Menschen.
Kosmische Strahlung von fernen Sternen und Galaxien sowie solarenergetische Teilchen der Sonne bombardieren die Mondoberfläche. Die Exposition gegenüber diesen Partikeln kann eine Gefahr für die menschliche Gesundheit darstellen. Sowohl galaktische kosmische Strahlung als auch solarenergetische Teilchen sind hochenergetische Teilchen, die sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen. Während galaktische kosmische Strahlung in einem relativ konstanten Strom den Mond erreicht, können energiereiche Teilchen in großen Ausbrüchen von der Sonne kommen, in den menschlichen Körper eindringen und das Krebsrisiko erhöhen.
Die Erde verfügt über ein Magnetfeld, das als Schutzschild gegen hochenergetische Teilchen aus dem Weltraum fungiert. Der Mond verfügt jedoch über kein Magnetfeld, wodurch seine Oberfläche anfällig für diesen Teilchenbeschuss ist. Während eines großen solaren Energieteilchenereignisses könnte die Strahlungsdosis, die ein Astronaut in einem Raumanzug erhält, die Strahlungsdosis, die ein Mensch auf der Erde erhält, um das Tausendfache übersteigen, was den empfohlenen Grenzwert für die lebenslange Exposition eines Astronauten um das Zehnfache übersteigt.
Die Herausforderung des Artemis-Programms
Das 2017 gestartete Artemis-Programm der NASA zielt darauf ab, zum ersten Mal seit 1972 wieder eine menschliche Präsenz auf dem Mond zu etablieren. Lulu Zhaovon der University of Michigan, skizzierte mögliche Lösungen:
Meine Kollegen und ich am CLEAR-Zentrum der University of Michigan, dem Center for All-Clear SEP Forecast, arbeiten daran, diese Partikelauswürfe von der Sonne vorherzusagen. Die Vorhersage dieser Ereignisse könnte dazu beitragen, zukünftige Artemis-Besatzungsmitglieder zu schützen.
Der Mond ist im Jahr 2024 einer gefährlichen Strahlung ausgesetzt, da sich die Sonne dem Höhepunkt ihres 11-jährigen Sonnenzyklus nähert. Dieser Zyklus wird durch das Magnetfeld der Sonne angetrieben, dessen Gesamtstärke sich alle 11 Jahre dramatisch ändert. Wenn sich die Sonne ihrer maximalen Aktivität nähert, können jedes Jahr bis zu 20 große solarenergetische Teilchenereignisse auftreten. Sowohl Sonneneruptionen, bei denen es sich um plötzliche Ausbrüche elektromagnetischer Strahlung der Sonne handelt, als auch koronale Massenauswürfe, bei denen große Mengen an Materie und Magnetfeldern aus der Sonne ausgestoßen werden, können energiereiche Teilchen erzeugen.
Die Sonne wird ihr Sonnenmaximum im Jahr 2026 erreichen, dem erwarteten Startpunkt für die Artemis-III-Mission, die eine Besatzung von Astronauten zur Mondoberfläche befördern wird. Obwohl Forscher den Zyklus der Sonne verfolgen und Trends vorhersagen können, ist es schwierig zu erraten, wann genau jedes solarenergetische Teilchenereignis stattfinden wird und wie intensiv jedes Ereignis sein wird. Zukünftige Astronauten auf dem Mond benötigen ein Warnsystem, das diese Ereignisse genauer vorhersagt, bevor sie eintreten.
Sagen Sie Sonnenereignisse voraus
Im Jahr 2023 finanzierte die NASA ein auf fünf Jahre angelegtes Weltraumwetter-Kompetenzzentrum namens CLEAR mit dem Ziel, die Wahrscheinlichkeit und Intensität solarer Energieteilchenereignisse vorherzusagen. Derzeit können Prognostiker des Space Weather Prediction Center der National Oceanic and Atmospheric Administration, dem Zentrum, das Sonnenereignisse überwacht, keine Warnung vor einem eintreffenden solarenergetischen Teilchenereignis ausgeben, bis sie tatsächlich eine Sonneneruption oder einen koronalen Massenauswurf entdecken.
Diese Ereignisse werden durch Beobachtung der Sonnenatmosphäre und Messung der von der Sonne ausgehenden Röntgenstrahlen erkannt. Sobald ein Meteorologe einen Sonneneruption oder koronalen Massenauswurf erkennt, erreichen die hochenergetischen Teilchen jetzt die Erde. Aber Astronauten auf der Mondoberfläche würden mehr Zeit brauchen, um Schutz zu finden.
Das solare Magnetfeld ist unglaublich komplex und kann sich im Laufe des Sonnenzyklus ändern. Obwohl Wissenschaftler nicht vollständig verstehen, was diese Sonnenereignisse verursacht, wissen sie, dass das Magnetfeld der Sonne ein wesentlicher Auslöser ist. Insbesondere untersuchen sie die Stärke und Komplexität des Magnetfelds in bestimmten Regionen der Sonnenoberfläche, wie Zhao erklärt:
Mein Team bei CLEAR möchte Sonneneruptionen und koronale Massenauswürfe vorhersagen, bevor sie passieren. Im CLEAR-Zentrum werden wir das Magnetfeld der Sonne mithilfe von Messungen von Teleskopen am Boden und im Weltraum überwachen und Modelle für maschinelles Lernen erstellen, um Sonnenereignisse vorherzusagen, hoffentlich mehr als 24 Stunden im Voraus.
Mit dem bei CLEAR entwickelten Prognoserahmen hoffen wir auch vorherzusagen, wann der Partikelfluss wieder ein sicheres Niveau erreichen wird. Auf diese Weise können wir Astronauten darüber informieren, wann es sicher ist, ihre Unterkunft zu verlassen und ihre Arbeit auf der Mondoberfläche fortzusetzen.
