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Wer hat Angst vor einer Sonneneruption?

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Sonnenaktivität kann überraschend gut sein für Astronauten.

Letzten Monat ging es auf der Sonne drunter und drüber. Fast jeden Tag der ersten 2 Wochen im September brachte ein gigantischer Sonnenfleck, genannt "aktives Gebiet 798/808", einen Sonnen-Flare hervor. Röntgenstrahlung ionisierte die obere Atmosphäre der Erde. Solare Protonen sprenkelten den Mond. Es war keine gute Zeit für einen Aufenthalt im All.

Oder war es doch?

Während der Stürme geschah etwas seltsames an Bord der Internationalen Raumstation (ISS): Das Strahlungslevel fiel.

"Die Crew, der ISS, absorbierte etwa 30% weniger kosmische Strahlung als gewöhnlich" sagt Frank Cucinotta, NASA's leitender Strahlenmediziner am Johnson Space Center. "Die Stürme haben die Strahlenbelastung innerhalb der Station tatsächlich verbessert."

Wissenschaftlern ist dieses Phänomen seit langem bekannt. Es wird als "Forbusch Abfall" bezeichnet, nach dem amerikanischen Physiker Scott E. Forbush, der in den 30er und 40er Jahren kosmische Strahlung untersuchte. Wenn kosmische Strahlung die obere Atmosphäre trifft, produziert sie einen Schauer sekundärer Teilchen, die den Boden erreichen können. Durch Beobachtung dieser Schauer bemerkte er, im Gegensatz zu dem, was man vermuten würde, dass die kosmische Strahlenbelastung abfiel wenn die Sonnenaktivität hoch war.

Der Grund dafür ist einfach: Wenn Sonnenflecken explodieren, schleudern sie oftmals schwere Wolken heißen Gases von der Sonne weg. Diese Wolken, genannt CMEs (coronal mass ejections - koronale Massenausbrüche), beinhalten nicht nur Gas sondern auch magnetische Kraftfelder, Knoten aus Magnetismus weggerissen von der Sonne durch die Explosion. Magnetische Felder lenken geladene Teilchen ab. Wenn also die CMEs an der Erde vorbeifegen, fegen sie auch viele geladene Teilchen weg, die ansonsten unseren Planeten treffen würden. Dies ist der "Forbush Abfall."

Wo immer CMEs hinfliegen, werden kosmische Strahlen abgelenkt. Forbush Abfälle wurden auf der Erde und in der Erdumlaufbahn von der Mir und der ISS beobachtet. Die Pioneer 10 und 11 sowie die  Voyager 1 und 2 Raumschiffe haben sie bemerkt, sogar über den Orbit des Neptun hinaus.

Ein einzelner CME kann die kosmische Strahlung für einige Wochen abschwächen. Fortwährende Sonnenaktivität kann sie für einen wesentlich längeren Zeitraum unterdrücken: "2005 war ein überraschend aktives Jahr auf der Sonne," bemerkt Cucinotta. Seit Januar haben Astronomen 14 gewaltige Sonnenausbrüche der X-Klasse gezählt und eine noch größere Anzahl von CMEs. Das Ergebnis war, "dass die Crew der ISS das gesamte Jahr über weniger kosmische Strahlung abbekommen hat." 

Diese ganze Geschichte ist deshalb ironisch, weil Flares und CMEs selber Quellen tödlicher Strahlung sind. Gerade CMEs lösen "Protonen-Stürme" aus. Auf dem Weg zur Erde rasen CMEs durch die äußere Atmosphäre der Sonnen, pflügen durch heißes Gas mit einer Geschwindigkeit von mehr als 1 Million Kilometer pro Stunde. Protonen die durch die CMEs getroffen werden, können so auf gefährlich hohe Energien beschleunigt werden.

Kein Astronaut möchte einem Schwarm hochenergetischer Sonnen-Protonen begegnen. Schwere Stürme machen im wahrsten Sinne des Wortes krank; der Kontakt verursacht Erbrechen, Müdigkeit und Reduzierung der Blutzellen. Ohne medizinische Behandlung könnte ein Astronaut, der an Strahlenkrankheit leidet, sterben. Nun zu den guten Nachrichten: nur wenige der Sonnen-Protonen sind in der Lage die Hüllen der NASA Raumschiffe zu durchdringen. So lange die Astronauten in Inneren bleiben sind sie sicher.

Kosmische Strahlen sind anders -- und schlimmer. Kosmische Strahlen sind hochgeladenen Teilchen, die hauptsächlich von außerhalb des Sonnensystems stammen. Quellen sind unter anderem explodierende Sterne, Schwarze Löcher und andere Vertreter die die Sonne klein und ungefährlich erscheinen lassen. Im Gegensatz zu Sonnen-Protonen, die relativ einfach mit Materialien wie Plastik und Aluminium aufzuhalten sind, kann kosmische Strahlung durch keine bekannte Schildtechnologie vollständig abgehalten werden.

Selbst im Inneren ihrer Raumschiffe sind die Astronauten einem langsamen Regen kosmischer Strahlung ausgesetzt, der direkt durch die Hülle eindringt. Diese Teilchen durchdringen Haut und schädigen Gewebe auf mikroskopischem Level. Ein möglicher Nebeneffekt ist zerstörte DNA die, über eine gewisse Zeit betrachtet, Krebs, Entzündungen und andere Unannehmlichkeiten verursachen kann.

Niemand weiß, was die kosmische Strahlung alles beim Menschen bewirken kann. "Wir sind noch nicht lange genug im Weltraum," sagt Cucinotta.

Außer auf kurzen Ausflügen zum Mond vor 40 Jahren, erklärt er, wurden Menschen noch niemals vollständig der galaktischen kosmischen Strahlung ausgesetzt. Nahe der Erde, wo sich die ISS befindet, sind die Astronauten nicht nur durch ihre Raumschiffe geschützt, sondern auch durch das Magnetfeld der Erde sowie deren Masse selber. Eine 6-Monatige Reise zum Mars, weit entfernt von diesen natürlichen Schutzschilden, ist etwas Neues. Was sind die Langzeitrisiken? Wie viel Schutzschild wird benötigt, um die Astronauten nicht zu gefährden? NASA Forscher untersuchen diese Fragen. 

Eines ist klar. "Die Strahlenbelastung zu reduzieren ist gut," sagt er.

Die Sonne kann dabei helfen. Alle 11 Jahre erreicht die Sonnenaktivität einen Höhepunkt, genannt Solares Maximum. Es trat das letzte Mal im Jahr 2000 auf; zukünftige Maxima sollten um 2011 und 2022 auftreten. Während des Solaren Maximums werden CMEs täglich produziert und der Sonnenwind bläst ständig verknotete Magnetfelder der Sonne durch das innere Sonnensystem. Diese Felder bieten einen extra Schutz für Reisen zum Mond und Mars, indem sie den Fluss der kosmischen Strahlung im Bereich von biologisch gefährlichen 100 MeV bis 1000 MeV um 30% oder mehr senken. Missionsplaner der Zukunft werden vielleicht lange Reisen durch das Sonnensystem so planen, dass sie ungefähr mit dem Solaren Maximum zusammenfallen und so den Vorteil der Reduzierung der kosmischen Strahlung nutzen können.

Vielleicht sind Sonnen-Flares am Ende doch gar nicht so schlimm.

Quelle: Science@NASA

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