Op 28 oktober 2021 barstte er een coronale massa-ejectie uit van de zon en deze werd over zo'n groot gebied verspreid dat Mars en de aarde, die zich aan weerszijden van de zon en ongeveer 250 miljoen kilometer van elkaar bevinden, een toevloed van energetische deeltjes ontvingen. Dit is de eerste keer dat een zonnegebeurtenis gelijktijdig werd gemeten op het oppervlak van de Aarde, de Maan en Mars, zoals deze week wordt gemeld in een artikel van Geographical Research Letters.
De uitbarsting werd waargenomen door een internationale vloot van ruimtevaartuigen, waaronder ESA's ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), NASA's Curiosity Mars rover, de CNSA Chang'e-4 maanlander, NASA's Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) en DLR's Eu:CROPIS Earth orbiter. Deze gelijktijdige metingen op verschillende werelden helpen onze kennis te verbeteren over de impact van zonne-uitbarstingen en hoe het magnetische veld en de atmosfeer van een planeet astronauten hiertegen kunnen beschermen.
Foto: SOHO (ESA/NASA)
Verschillende werelden vergelijken
De gebeurtenis die plaatsvond op 28 oktober 2021 is een voorbeeld van een zeldzame 'uitbarsting op grondniveau'. Tijdens deze gebeurtenissen zijn deeltjes van de zon energiek genoeg om door de magnetische bel te gaan die de aarde omringt en ons beschermt tegen minder energieke uitbarstingen van de zon. Dit was pas de 73e verhoging aan de grond sinds het begin van de metingen in de jaren 1940 en sindsdien is er geen enkele meer geregistreerd. Omdat de Maan en Mars geen eigen magnetisch veld genereren, kunnen deeltjes van de Zon gemakkelijk hun oppervlak bereiken en zelfs in wisselwerking met de bodem secundaire straling genereren. Maar Mars heeft een dunne atmosfeer die de meeste zonnedeeltjes met een lagere energie tegenhoudt en de zeer energetische deeltjes vertraagt.
Met de Maan en Mars als doel voor toekomstige verkenningen door de mens, is het uiterst belangrijk om deze zonnegebeurtenissen en hun mogelijke invloed op het menselijk lichaam te begrijpen. Astronauten lopen het risico op stralingsziekte. Een stralingsdosis van meer dan 700 milligray, de eenheid voor de absorptie van straling, kan stralingsziekte veroorzaken via de vernietiging van het beenmerg, wat kan leiden tot symptomen zoals infectie en inwendige bloedingen. Als een astronaut meer dan 10 gray ontvangt, is het zeer onwaarschijnlijk dat hij langer dan twee weken overleeft. Een zonne-uitbarsting in augustus 1972 zou zo'n hoge stralingsdosis hebben gegeven aan een astronaut op het maanoppervlak, maar deze viel gelukkig tussen de bemande Apollo 16 en 17 missies.
Ter vergelijking: tijdens de gebeurtenis op 28 oktober 2021 bedroeg de dosis in een baan om de maan, gemeten door NASA's Lunar Reconnaissance Orbiter, slechts 31 milligray. "Onze berekeningen van de voorbije versterkingsgebeurtenissen op grondniveau tonen aan dat gemiddeld één gebeurtenis om de 5,5 jaar het veilige dosisniveau op de maan kan hebben overschreden als er geen stralingsbescherming was voorzien. Inzicht in deze gebeurtenissen is cruciaal voor toekomstige bemande missies naar het maanoppervlak," zegt wetenschapper Jingnan Guo, die onderzoek deed naar de gebeurtenis op 28 oktober. Als we de metingen van ExoMars TGO en die van de Curiosity rover vergelijken, wordt de bescherming die de atmosfeer van Mars biedt duidelijk: TGO heeft 9 milligray gemeten, 30 keer meer dan de 0,3 milligray die aan het oppervlak werd waargenomen.
ESA's binnenste zonnestelselmissies Solar Orbiter, SOHO en BepiColombo werden ook getroffen door de uitbarsting, wat nog meer uitkijkpunten biedt om deze zonnegebeurtenis te bestuderen. "Op dit moment leven we in een gouden tijdperk van zonnestelsel fysica. Stralingsdetectoren aan boord van planetaire missies zoals BepiColombo, op weg naar Mercurius, en Juice, op weg naar Jupiter, voegen een hoognodige dekking toe om de versnelling en voortplanting van energetische deeltjes van de zon te bestuderen," merkt Marco Pinto op, ESA-onderzoeker die aan stralingsdetectoren werkt.
Onze astronauten beschermen
Het beschermen van astronauten in de ruimte is een essentiële en belangrijke taak voor ESA. Het begrijpen en voorspellen van intense straling is hier een essentieel onderdeel van. Speciale instrumenten meten de stralingsomgeving in de ruimte en worden gebruikt om kritieke infrastructuur in de ruimte en op de grond, maar ook astronauten te beschermen. Als astronauten op tijd worden gewaarschuwd, kunnen ze bescherming zoeken, zoals lichaamskleding of beschutting in grotten. Het huidige beleid op het internationale ruimtestation is om zich terug te trekken in de slaapvertrekken of de keuken, waar muren beschermen tegen straling.
Het Artemis-programma dat astronauten naar de maan stuurt, omvat een ruimtestation in een baan om de maan, de Gateway. Op de Gateway zullen drie instrumentensets de stralingsomgeving rond de maan in de gaten houden: ESA's European Radiation Sensors Array (ERSA), NASA's Heliophysics Environmental and Radiation Measurement Experiment Suite (HERMES) en de ESA/JAXA Internal Dosimeter Array (IDA). Samen zullen deze experimenten de stralingsomgeving buiten Gateway meten en tegelijkertijd de specifieke stralingsdoses binnen Gateway monitoren, tussen 3000 km en 70 000 km van het maanoppervlak. Deze metingen zijn cruciaal voor een beter begrip van de omgeving die astronauten zullen ervaren in de interplanetaire ruimte.
Ruimtevaartorganisaties kijken ook naar beschermende kleding om de impact van ruimtestraling op het lichaam te minimaliseren. Twee identieke etalagepoppen, ontwikkeld door het Duitse lucht- en ruimtevaartcentrum (DLR), waren passagiers op de testvlucht Artemis I, die in november en december 2022 langs de maan vloog. De etalagepoppen, bijgenaamd Helga en Zohar, waren gemodelleerd op basis van het vrouwelijk lichaam en waren uitgerust met stralingssensoren die door DLR en NASA waren geleverd. Helga vloog onbeschermd, maar Zohar droeg een nieuw ontwikkeld stralingsbeschermingsvest dat haar torso bedekte. Onderzoekers van DLR vergelijken momenteel de twee datasets die Helga en Zohar hebben gemeten.
Colin Wilson, ExoMars TGO projectwetenschapper, concludeert: "Straling uit de ruimte kan een reëel gevaar vormen voor onze verkenning van het zonnestelsel. Metingen van stralingsgebeurtenissen op hoog niveau door robotmissies zijn essentieel om ons voor te bereiden op bemande missies van lange duur. Dankzij de gegevens van missies zoals ExoMars TGO kunnen we ons voorbereiden op de beste manier om onze menselijke ontdekkingsreizigers te beschermen."
Bron: ESA
