Wissenschaftler bereiten sich auf Sonnenstürme auf dem Mars vor

Dieser koronale Massenauswurf, der vom Solar Dynamics Observatory der NASA erfasst wurde, explodierte am 31. August 2012 auf der Sonne, bewegte sich mit mehr als 900 Meilen pro Sekunde und schickte Strahlung tief in den Weltraum. Das Erdmagnetfeld schützt sie vor der Strahlung solcher Sonnenereignisse, während der Mars über keinen solchen Schutz verfügt. Quelle: NASA/SDO

Die Sonne wird dieses Jahr am aktivsten sein und bietet eine seltene Gelegenheit zu untersuchen, wie sich Sonnenstürme und Strahlung auf zukünftige Astronauten auf dem Roten Planeten auswirken werden.

In den kommenden Monaten werden zwei davon NASA'S Mars Raumsonden werden eine beispiellose Gelegenheit haben, zu untersuchen, wie sich Sonneneruptionen – riesige Explosionen auf der Sonnenoberfläche – auf zukünftige Roboter und Astronauten auf dem Roten Planeten auswirken.

Dies 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 Feuerausbrüche in verschiedenen Formen – darunter … Sonneneruptionen Und Koronaler Massenauswurf – Was Strahlung tief in den Weltraum freisetzt. Wenn eine Reihe dieser Sonnenereignisse ausbricht, spricht man von einem Sonnensturm.

Erfahren Sie, wie der MAVEN-Rover der NASA und der Curiosity-Rover der Agentur Sonneneruptionen und Strahlung auf dem Mars während des Sonnenmaximums untersuchen – der Zeit, in der die Sonne am aktivsten ist. Bildnachweis: NASA/Labor für Strahlantriebe– Caltech/GSFC/SDO/MSSS/University of Colorado

Das Erdmagnetfeld schützt unseren Heimatplaneten weitgehend vor den Auswirkungen dieser Stürme. Doch der Mars hat sein globales Magnetfeld schon vor langer Zeit verloren, was den Roten Planeten anfälliger für energiereiche 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 klären, welche Art von Strahlenschutz die Astronauten benötigen.

„Für Menschen und Marsmenschen haben wir kein solides Verständnis über die Auswirkungen der Strahlung während der Sonnenaktivität“, sagte Shannon Carey vom Labor für Atmosphären- und Weltraumphysik an der University of Colorado Boulder. Carey ist der leitende Forscher für den NASA-Orbiter MAVEN (Mars Atmospheric and Volatile Evolution), der vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, verwaltet wird. „Eigentlich würde ich mir dieses Jahr ein ‚großes Ereignis‘ auf dem Mars wünschen – ein großes Ereignis, das wir untersuchen können, um die Sonnenstrahlung besser zu verstehen, bevor Astronauten zum Mars fliegen.“

Der Strahlungsbewertungsdetektor des NASA-Rover Curiosity ist in diesem kommentierten Mastcam-Bild des Rovers hervorgehoben. RAD-Wissenschaftler freuen sich, das Instrument nutzen zu können, um die Strahlung auf dem Mars während des Sonnenmaximums zu untersuchen. Bildquelle: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Höhe und Fall messen

MAVEN überwacht Strahlung, Sonnenpartikel und mehr von oberhalb der Marsoberfläche. Die dünne Atmosphäre eines Planeten kann die Dichte der Moleküle beeinflussen, wenn diese die Oberfläche erreichen. Hier kommt die NASA-Raumsonde Curiosity ins Spiel. Daten vom Strahlungsauswertungsdetektor von Curiosity, oder RadEs hat Wissenschaftlern geholfen zu verstehen, wie Strahlung Kohlenstoffmoleküle auf der Oberfläche abbaut, ein Prozess, der sich darauf auswirken könnte, ob dort Spuren antiken mikrobiellen Lebens erhalten bleiben. Das Tool lieferte der NASA auch eine Vorstellung davon, wie viel Schutz Astronauten vor Strahlung erwarten könnten, indem sie Höhlen, Lavaröhren oder Felswände zum Schutz nutzten.

Wenn ein Sonnenereignis auftritt, untersuchen Wissenschaftler die Menge der Sonnenteilchen und ihre Aktivität.

Das Konzept dieses Künstlers zeigt die Marsatmosphäre und die MAVEN-Raumsonde der NASA in der Nähe des Mars. Bildnachweis: NASA/GSFC

„Es könnte 1 Million Teilchen mit niedriger Energie oder 10 Teilchen mit sehr hoher Energie geben“, sagte RAD-Hauptforscher Don Hasler vom Büro des Southwest Research Institute in Boulder, Colorado. „Während die MAVEN-Instrumente empfindlicher auf Instrumente mit niedrigerer Energie reagieren, ist RAD das einzige Instrument, das in der Lage ist, Instrumente mit hoher Energie zu sehen, die die Atmosphäre bis zur Oberfläche durchqueren können, wo sich die Astronauten befinden werden.“

Wenn MAVEN eine große Sonneneruption entdeckt, teilt das Orbiterteam dem Curiosity-Team mit, um was es sich handelt, damit sie Änderungen in den RAD-Daten überwachen können. Die beiden Missionen können auch eine Zeitreihe erstellen, die Änderungen bis auf eine halbe Sekunde misst, wenn Partikel die Marsatmosphäre erreichen, mit ihr interagieren und schließlich die Oberfläche treffen.

Die MAVEN-Mission betreibt außerdem ein Frühwarnsystem, das andere Teams von Mars-Raumsonden darüber informiert, wann die Strahlungswerte zu steigen beginnen. Das Warnsystem ermöglicht es Missionen, Geräte auszuschalten, die möglicherweise anfällig für Sonneneruptionen sind, die die Elektronik und Funkkommunikation stören können.

Wasser verloren

Die Untersuchung des Sonnenmaximums trägt nicht nur zur Sicherheit von Astronauten und Raumfahrzeugen bei, sondern könnte auch Aufschluss darüber geben, warum sich der Mars vor Milliarden von Jahren von einer warmen, feuchten, erdähnlichen Welt in eine heutige gefrorene Wüste verwandelt hat.

Der Planet befindet sich an einem Punkt seiner Umlaufbahn, an dem er der Sonne am nächsten ist und die Atmosphäre erwärmt. Dies kann zu aufsteigenden Staubstürmen führen, die die Oberfläche bedecken. Manchmal verschmelzen die Stürme und werden global (siehe Bild unten).

Mars vor und nach dem Staubsturm: Parallele Filme zeigen, wie der globale Staubsturm 2018 dank der Mars Color Imager (MARCI)-Kamera an Bord des Mars Reconnaissance Orbiter der NASA den Roten Planeten bedeckte. Dieser globale Staubsturm führte dazu, dass die Raumsonde der NASA den Kontakt zur Erde verlor. Bildquelle: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Während es auf dem Mars nur noch wenig Wasser gibt – hauptsächlich Eis unter der Oberfläche und an den Polen –, zirkuliert ein Teil davon immer noch als Dampf in der Atmosphäre. Wissenschaftler fragen sich, ob globale Staubstürme dazu beitragen, diesen Wasserdampf herauszudrücken und ihn hoch über den Planeten zu heben, wo die Atmosphäre bei Sonnenstürmen abgetragen wird. Eine Theorie besagt, dass dieser Prozess, der sich über Äonen hinweg oft genug wiederholte, erklären könnte, warum der Mars von Seen und Flüssen zu einem heutigen praktisch wasserlosen Planeten wurde.

Wenn ein globaler Staubsturm gleichzeitig mit einem Sonnensturm auftreten würde, wäre dies eine Gelegenheit, diese Theorie zu testen. Wissenschaftler sind besonders aufgeregt, weil dieses Sonnenmaximum zu Beginn der staubigsten Jahreszeit des Mars auftritt, sie wissen aber auch, dass ein globaler Staubsturm selten ist.

Mehr über Missionen

Das Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, leitet die MAVEN-Mission. Lockheed Martin Space hat das Raumschiff gebaut und ist für den Missionsbetrieb verantwortlich. JPL bietet Unterstützung für Navigation und Weltraumnetzwerke. Das Labor für Atmosphären- und Weltraumphysik an der University of Colorado Boulder ist für das wissenschaftliche Betriebsmanagement, die Öffentlichkeitsarbeit und die Kommunikation verantwortlich.

Curiosity wurde vom Jet Propulsion Laboratory der NASA gebaut, das vom California Institute of Technology in Pasadena, Kalifornien, betrieben wird. JPL leitet die Mission im Auftrag des Science Mission Directorate der NASA in Washington. Die RAD-Untersuchung wird von der Heliophysics Division der NASA als Teil des Heliophysics System Observatory (HSO) der NASA unterstützt.