Wissenschaftler bereiten sich auf Sonnenstürme auf dem Mars vor

Die Sonne wird dieses Jahr ihre höchste Aktivität aufweisen und bietet eine seltene Gelegenheit zu untersuchen, wie sich Sonnenstürme und Strahlung auf zukünftige Astronauten auf dem Roten Planeten auswirken könnten.

In den kommenden Monaten werden zwei davon NASA‘S Mars Die Raumsonde wird eine 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.

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

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.“

Auf diesem kommentierten Bild der Mastkamera des Rovers ist der Radiation Assessment Detector auf der NASA-Raumsonde Curiosity zu sehen. RAD-Wissenschaftler freuen sich, das Instrument nutzen zu können, um die Strahlung auf der Marsoberfläche während des Sonnenmaximums zu untersuchen. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Hoch und Tief 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.

Das Konzept dieses Künstlers zeigt die Raumsonde Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN (MAVEN) der NASA in der Nähe des Mars. Bildnachweis: NASA/GSFC

„Man kann eine Million Teilchen mit niedriger Energie oder 10 Teilchen mit extrem hoher Energie haben“, sagte RAD-Hauptforscher Don Hassler vom Büro des Southwest Research Institute in Boulder, Colorado. „Während die Instrumente von MAVEN 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.

Verlorenes Wasser

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 (siehe Bild unten).

Mars vor und nach dem Staubsturm: Nebeneinander gezeigte Filme zeigen, wie der globale Staubsturm 2018 den Roten Planeten umhüllte, mit freundlicher Genehmigung der Mars Color Imager (MARCI)-Kamera an Bord des Mars Reconnaissance Orbiter der NASA. Dieser globale Staubsturm führte dazu, dass der Opportunity-Rover der NASA den Kontakt zur Erde verlor. Bildnachweis: 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 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.

Mehr über die 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 Navigation und Deep Space Network-Unterstützung. Das Labor für Atmosphären- und Weltraumphysik an der University of Colorado Boulder ist für die Verwaltung des wissenschaftlichen Betriebs sowie der Öffentlichkeitsarbeit und Kommunikation verantwortlich.

Curiosity wurde vom Jet Propulsion Laboratory der NASA gebaut, das von Caltech in Pasadena, Kalifornien, verwaltet 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.