31 januari 2021, zal 50 jaar geleden zijn sinds de lancering van Apollo 14. Deze historische missie was de eerste die een kleurentelevisiesignaal uitzond vanaf het oppervlak van de maan en markeerde de heroïsche terugkeer naar de ruimte van Amerika's eerste astronaut, Alan Shepard, die op beroemde wijze twee golfballen van de maanregoliet sloeg. Hoewel de betekenis van Apollo 14 en het Apollo-programma in het algemeen niet kan worden overschat, Shepard bracht slechts twee dagen door op het maanoppervlak. Het record voor de langste menselijke aanwezigheid op de maan, in het bezit van Eugene Cernan en Harrison Schmitt, is iets meer dan drie dagen. Alle Apollo-astronauten werden blootgesteld aan hoge stralingsniveaus op het oppervlak van de maan, maar met zo'n relatief kort verblijf dat het risico acceptabel werd geacht.

Met het Artemis-programma van NASA dat van plan is een tijdperk van langdurige menselijke bewoning op de maan te beginnen, langdurige blootstelling aan intense straling vormt een ernstige bedreiging voor de gezondheid en het welzijn van toekomstige astronauten. Een van de eerste stappen om de gevaren te verminderen, is het ontwikkelen van een verzameling gegevens die precies het niveau en de aard van de straling schetsen. Onderzoek dat in september is gepubliceerd op basis van gegevens die zijn verzameld van het Lunar Lander Neutrons and Dosimetry-experiment aan boord van de Chinese robotachtige maanlander Chang'E 4, onthult langetermijnmetingen van stralingsniveaus op het maanoppervlak. Dit is de eerste keer dat uitgebreide metingen van de stralingsniveaus op de maan zijn verzameld en zal helpen bij het ontwerpen en afschermen van toekomstige maanhabitats.

Het is altijd duidelijk geweest dat aanzienlijke afscherming tegen ruimtestraling nodig zou zijn om langdurige bewoners van de maan te beschermen tegen schadelijke gezondheidseffecten. Een belangrijke stap in het ontwerp van dergelijke constructies is het hebben van een diepgaand begrip van het exacte niveau van stralingsdreiging. De gegevens en bijbehorend onderzoek van Chang'E 4 geven een ongekend inzicht in de aard van de ruimtestralingsomgeving op de maan. De metingen van het ruimtevaartuig kunnen worden gebruikt om de equivalente dosissnelheid te bepalen, een biologisch gewogen maat voor de stralingsdosis in de tijd. Dit levert een resultaat op van 60 microsieverts per uur. Dit is meer dan twee keer het stralingsniveau dan astronauten aan boord van het ISS, vijf tot tien keer meer dan de straling op langeafstandsvluchten, en 200 keer groter dan de straling die op het aardoppervlak aanwezig is.

Er zijn twee primaire stralingsbronnen waarmee toekomstige maanbewoners te maken zullen krijgen. Eerst, er zijn galactische kosmische stralen of GCR's. Deze bestaan ​​voornamelijk uit geladen deeltjes zoals protonen en naakte heliumkernen, waarbij ongeveer 1% van de GCR's bestaat uit kernen van zwaardere elementen. Aangezien de schade veroorzaakt door geladen deeltjes schaalt met het kwadraat van de kernlading, deze zwaardere elementen kunnen onevenredig veel schade toebrengen aan menselijk weefsel. Deze straling is afkomstig van miljoenen bronnen verspreid over de hele hemel en is zeer constant in zijn niveau.

De tweede stralingsdreiging zijn zonnedeeltjesgebeurtenissen of SPE's. Zoals de naam impliceert, deze zijn het resultaat van sporadische gebeurtenissen op de zon, zoals coronale massa-ejecties (CME's) of zonnevlammen. Straling van SPE's is veel minder voorspelbaar dan GCR's, maar kan zo destructief zijn dat acute weefselbeschadiging door een enkele gebeurtenis of blootstelling wordt veroorzaakt.

Niet alleen zijn SPE's een gevaar voor toekomstige maanbewoners, maar ze kunnen ook het leven op aarde beïnvloeden. De geomagnetische storm van 1989 en de bijbehorende stroomstoring die miljoenen mensen in Quebec en het noordoosten van de VS zonder elektriciteit heeft achtergelaten, is een bijzonder opmerkelijk voorbeeld van de impact van zonne-uitbarstingen op de mensheid. Dankbaar, het sterke magnetische veld van de aarde beschermt ons tegen de overgrote meerderheid van de schadelijke geladen deeltjes die vanaf de zon op ons afkomen. Dit is niet het geval voor de maan, die geen magnetisch veld en atmosfeer heeft, waardoor iedereen op het oppervlak wordt blootgesteld aan de volledige sterkte van binnenkomende ruimtestraling.

Hoewel GCR's niet de gevaarlijke pieken in intensiteit hebben die gezien worden in SPE's, chronische blootstelling aan dergelijke ioniserende straling is in verband gebracht met degeneratieve ziekte van het centrale zenuwstelsel, staar en kanker. Een goede bescherming tegen beide stralingsbronnen is van cruciaal belang voor astronauten om ernstige of zelfs catastrofale gevolgen voor de gezondheid van maanexpedities te voorkomen.

De derde bron van gevaarlijke subatomaire deeltjes op het maanoppervlak is, verrassend genoeg, de maan zelf. Het is misschien gemakkelijk om het in wezen inerte gesteente en stof van de maan af te doen als niet-bedreigend, maar dat zou een vreselijke vergissing zijn. Als externe straling van galactische bronnen en de zon in botsing komt met de atomen in de maanbodem, neutronen en gammastralen kunnen vrijkomen en hun eigen weefselbeschadiging veroorzaken. De halfwaardetijd van een vrij neutron is iets meer dan 10 minuten, dus deze onstabiele deeltjes moeten afkomstig zijn van kernreacties op het oppervlak van de maan, omdat ze de lange reistijden van verre ruimtebronnen niet konden overleven.

Het is duidelijk dat er een aanzienlijke afscherming tegen deze straling aanwezig moet zijn om mensen op de maan te laten overleven. Het bouwen van woonruimten beschermd door dikke lagen maansteen lijkt de meest waarschijnlijke oplossing voor het probleem van ruimtestraling op de maan. Een bijzonder aantrekkelijke mogelijkheid is de bouw van woonruimtes in maangrotten. Groot, oud, holle lavabuizen die miljarden jaren geleden zijn overgebleven van maanvulkanisme, zijn bekend op de maan, sommige met openingen naar de oppervlakte die lijken op de cenotes van Mexico. Mede dankzij het onderzoek van Chang'E 4, misschien vinden we de meest geavanceerde menselijke verkenningen in de geschiedenis die schuilen in grotten op een andere wereld, ongeveer zoals onze oude voorouders duizenden jaren geleden in aardse grotten beschutten.