Das menschliche Interesse am Mars hat in den letzten Jahrzehnten dramatisch zugenommen. Zusätzlich zu den acht aktiven Missionen, die derzeit auf oder in der Nähe des Roten Planeten stattfinden, werden bis Ende des Jahrzehnts sieben weitere Robotermodule, Rover und Orbiter zum Mars geschickt. Bis 2030 planen mehrere Weltraumagenturen, bemannte Missionen an die Oberfläche zu bringen.
Darüber hinaus gibt es immer noch einige Freiwillige, die bereit sind, in eine Richtung zum Mars zu gehen, und Leute, die sich dafür einsetzen, dass es unser zweites Zuhause wird. Alle diese Vorschläge machen uns auch auf die Gefahren aufmerksam, die auf die Menschen auf dem Mars warten. Neben der kalten, trockenen Umgebung, dem Luftmangel und den riesigen Sandstürmen gibt es auch das Problem der Strahlung.
Woher kommt die Strahlung auf dem Mars?
Der Mars hat keine schützende Magnetosphäre wie die Erde. Wissenschaftler glauben, dass es zu einer Zeit Konvektionsströme im Kern des Mars gab, die einen Dynamoeffekt erzeugten, der ein planetarisches Magnetfeld in Gang setzte. Vor etwa 4,2 Milliarden Jahren - offenbar aufgrund einer Kollision mit einem großen Objekt oder der schnellen Abkühlung des Kerns - verschwand dieser Dynamoeffekt.
Infolgedessen wurde die Marsatmosphäre in den nächsten 500 Millionen Jahren langsam vom Sonnenwind verdampft. Aufgrund des Verlusts von Magnetfeld und Atmosphäre ist die Marsoberfläche viel höheren Strahlungswerten ausgesetzt als die Erde. Zusätzlich zur ständigen Exposition gegenüber kosmischen Strahlen und dem Sonnenwind ist der Mars tödlichen Dosen sterilisierender Strahlung sowie Sonneneruptionen ausgesetzt.
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Wie verlief die Forschung?
Im Jahr 2001 schickte die NASA das Raumschiff Mars Odyssey zum Mars, ausgestattet mit einem speziellen Instrument MARIE (Martian Radiation Experiment), mit dem das Strahlungsniveau um den Mars gemessen werden sollte. Da der Mars eine ziemlich dünne Atmosphäre hat, sollte die von Mars Odyssey aufgezeichnete Strahlung fast dieselbe sein wie an der Oberfläche.
Während ihrer 18-monatigen Betriebszeit detektierte die Mars Odyssey-Sonde permanente Strahlung, deren Pegel 2,5-mal höher war als der der Internationalen Raumstation - 22 Millirad pro Tag oder 8000 Millirad (8 Rad) pro Jahr. Das Raumschiff zeichnete auch zwei Sonnenprotonenereignisse auf, bei denen die Strahlungswerte auf 2.000 Millirad pro Tag anstiegen.
Zum Vergleich: Menschen in Industrieländern sind durchschnittlich 0,62 Rad pro Jahr ausgesetzt. Und obwohl Untersuchungen gezeigt haben, dass der menschliche Körper einer Dosis von bis zu 200 Rad ohne Schaden standhalten kann, kann eine längere Exposition gegenüber Marsstrahlung zu allen Arten von Gesundheitsproblemen führen - akute Strahlenkrankheit, erhöhtes Krebsrisiko, genetische Schäden und sogar Tod.
Daher halten die NASA und andere Weltraumagenturen bei der Planung von Missionen an einer Strategie des minimalen Risikos fest.
Mögliche Lösungen
Die ersten Besucher des Mars müssen auf jeden Fall einer erhöhten Strahlung an der Oberfläche ausgesetzt sein. Darüber hinaus erfordert jeder Versuch, den Roten Planeten zu kolonisieren, Maßnahmen zur Minimierung der Auswirkungen. Es gibt bereits mehrere Lösungen, sowohl kurzfristig als auch langfristig.
Zum Beispiel unterhält die NASA mehrere Satelliten, die die Sonne und die Weltraumumgebung im gesamten Sonnensystem untersuchen und galaktische kosmische Strahlen verfolgen, um ein besseres Verständnis der Sonnen- und kosmischen Strahlung zu ermöglichen. Außerdem sucht die Agentur nach den besten Möglichkeiten, um Astronauten und Elektronik abzuschirmen.
2014 startete die NASA die Reducing Galactic Cosmic Rays Challenge, einen intensiven Wettbewerb mit einem Preisgeld von 12.000 US-Dollar, der die besten Ideen zur Reduzierung der Auswirkungen galaktischer kosmischer Strahlen auf Astronauten belohnt. Nach dem ersten Wettbewerb im April 2014 folgte im Juli ein weiterer mit einem Gesamtpreis von 30.000 US-Dollar für Ideen zur aktiven und passiven Verteidigung.
Wenn es um Langzeitaufenthalte und Kolonialisierung geht, sind in der Vergangenheit einige weitere Ideen aufgetaucht. Zum Beispiel können, wie von Robert Zubrin und David Baker im Mars Direct-Missionsplan vorgeschlagen, Wohnungen direkt im Boden gebaut werden, was ein natürlicher Schutz vor Strahlung ist.
Es wurde auch vorgeschlagen, aufblasbare Module herzustellen, die in Keramik eingeschlossen sind, die unter Verwendung von Marsboden hergestellt wurde. Dieser Plan basiert auf einer 3D-Drucktechnik, die als „Sintern“bezeichnet wird und bei der Sand mithilfe von Röntgenstrahlen in geschmolzenes Material umgewandelt wird.
MarsOne, eine gemeinnützige Organisation, die verspricht, den Mars in den nächsten Jahrzehnten zu kolonisieren, bietet eine eigene Option, um die Mars-Siedler vor Strahlung zu schützen. Die Organisation hat vorgeschlagen, die Abschirmung in das Raumfahrzeug-, Fahrzeug- und Wohnmodul der Mission einzubetten. Im Falle einer Sonneneruption schlagen sie vor, in ihrem Mars Transit Habitat einen speziellen Strahlenschutz (in einem hohlen Wassertank) zu schaffen, wenn der Schutz nicht ausreicht.
Der drastischste Vorschlag zur Minderung besteht jedoch darin, den Kern des Planeten neu zu starten, um seine Magnetosphäre wiederherzustellen. Dazu müssen wir den äußeren Kern verflüssigen, damit er wieder um den inneren Kern konvektieren kann. Die richtige Rotation des Planeten erzeugt einen Dynamoeffekt und ein Magnetfeld wird erzeugt.
Laut Sam Factor, einem Doktoranden am Department of Astronomy der University of Texas, gibt es zwei Möglichkeiten, dies zu tun. Die erste besteht darin, eine Reihe von thermonuklearen Sprengköpfen in der Nähe des Planetenkerns zur Detonation zu bringen, und die zweite darin, einen elektrischen Strom durch den Planeten zu senden, der im Kern einen Widerstand erzeugt, der sich erwärmt.
Wissenschaftler des Nationalen Instituts für Synthesewissenschaft (NIFS) in Japan führten 2008 eine Studie durch, in der die Möglichkeit der Erzeugung eines künstlichen Magnetfelds um die Erde untersucht wurde. Als sie feststellten, dass die Intensität des Magnetfelds in den letzten 150 Jahren um 10% gesunken ist, befürworteten sie die Schaffung supraleitender Ringe, die den Planeten umgeben und zukünftige Verluste ausgleichen könnten.
Mit wenigen Änderungen könnte ein solches System für den Mars angepasst werden. Es wird ein Magnetfeld erzeugt, das dazu beitragen kann, die Oberfläche vor schädlicher Strahlung zu schützen. Und wenn Terraformer eine Atmosphäre auf dem Mars schaffen können, schützt ein solches System sie auch vor dem Sonnenwind.
Eine Studie von Forschern des Instituts für Mineralogie und Petrographie in der Schweiz aus dem Jahr 2007 zeigte schließlich, wie der Kern des Mars aussieht. Mithilfe einer Diamantkammer konnten die Wissenschaftler die Druckbedingungen auf den Eisen-Schwefel- und Eisen-Nickel-Schwefel-Systemen reproduzieren, die dem Marszentrum entsprechen.
Sie fanden heraus, dass bei Temperaturen des Mars-Kerns (etwa 1227 Grad Celsius) der innere Kern flüssig wäre, der äußere jedoch leicht verfestigt wäre. Dies unterscheidet sich stark vom Erdkern, bei dem durch die Verfestigung des inneren Kerns Wärme freigesetzt wird, die den äußeren Kern geschmolzen hält und so einen Dynamoeffekt und ein Magnetfeld hervorruft.
Das Fehlen eines festen inneren Kerns auf dem Mars würde bedeuten, dass der flüssige äußere Kern eines Tages eine andere Energiequelle haben muss. Irgendwie trocknete diese Quelle aus und der äußere Kern verfestigte sich, wodurch der Dynamoeffekt beendet wurde. Ihre Studie zeigte jedoch auch, dass die Abkühlung des Planeten in Zukunft zu einer Verfestigung des Kerns führen könnte, da entweder eisenreiche Feststoffe in das Zentrum fallen oder Eisensulfide im Kern kristallisieren würden.
Mit anderen Worten, der Kern des Mars kann eines Tages fest werden, indem der äußere Kern erhitzt und geschmolzen wird. In Kombination mit der Rotation des Planeten wird dadurch ein Dynamoeffekt erzeugt, der erneut das Magnetfeld des Planeten auslöst. Wenn dies zutrifft, ist die Besiedlung des Mars und das sichere Leben darauf eine Frage der Zeit - es muss gewartet werden, bis der Kern kristallisiert.
Es geht nicht anders. Derzeit ist die Strahlung auf der Marsoberfläche ziemlich gefährlich. Daher werden zukünftige Flüge zum Planeten Strahlenschutz und Gegenmaßnahmen berücksichtigen. Und jeder, der lange auf dem Mars bleibt, muss sich entweder tiefer in der Erde vergraben oder sich vor Sonne und kosmischen Strahlen schützen.
Aber die Notwendigkeit ist die Mutter der Erfindung, nicht wahr? Und da wir beginnen müssen, andere Welten zu kolonisieren, müssen wir auf innovative Lösungen zurückgreifen, wenn wir als Spezies überleben wollen.
ILYA KHEL
