In 1982 publiceerde auteur James Michener zijn uitgestrekte roman 'Space'. Daarin beschrijft hij een fictieve Apollo 18-missie naar de maan. Terwijl de astronauten aan de oppervlakte zijn, ontketent de zon een enorme storm, waardoor ze buiten hun beschermende capsule worden gevangen. De twee mannen worden gestraald door dodelijke hoeveelheden straling voordat ze in veiligheid kunnen komen.

Ze slagen erin om terug te keren naar hun lander, maar zijn zo ziek dat ze niet terug kunnen vliegen om zich weer bij hun derde bemanningslid te voegen in de rond de maan draaiende commandomodule. Ze vallen uiteindelijk terug naar de oppervlakte en sterven. Hoe griezelig dit ook klinkt, een stralingsgebeurtenis zoals die in "Space" vormt een zeer reële uitdaging voor ruimteverkenners. En het is dit soort scenario dat planners van maanmissies willen vermijden. Tegenwoordig werken ze aan manieren om blootstelling te verminderen en, als astronauten een dosis straling krijgen, medische methoden te vinden om ze te behandelen.

Ruimteweer en straling

Zonne-uitbarstingen sturen elke dag energetische deeltjes onze kant op via de zonnewind. Ze veroorzaken ruimteweer, dat de communicatiesystemen tussen de aarde en de vele missies in de ruimte (waaronder ISS) verstoort. Het kan ook de systemen hier op aarde ernstig verstoren. Het ruimteweer (en de zonnestormen die het veroorzaken) intensiveren wanneer de zon actiever is, tijdens een periode die het zonnemaximum wordt genoemd.

Zonnestormen kunnen variëren van milde uitbarstingen tot significante zonne-energetische deeltjesgebeurtenissen, die dodelijk kunnen zijn voor mensen in de ruimte. Ze gebeuren als met protonen beladen materiaal uit de zon barst, meestal geassocieerd met grote zonnevlammen en coronale massa-ejecties (CME's). De deeltjes worden versneld door de fakkels en CME's en dat maakt ze zo dodelijk. Voor astronauten in de ruimte is de beste bescherming achter beschermende muren in hun capsules en leefgebieden. Maar als blijkt dat mensen op een missie worden blootgesteld aan straling, zijn medische procedures om astronauten te helpen herstellen belangrijk.

Het is de moeite waard om te onthouden dat er minstens één "close call" is geweest met maanverkenners en potentiële zonneactiviteit. In 1972 schoten zonnestormen langs de aarde en de maan. Ze verstoorden zowel satellietcommunicatie als grondgebaseerde communicatiesystemen op aarde. Gelukkig werden er geen Apollo-missies getroffen, hoewel de stormen plaatsvonden tussen de Apollo 16 en 17-missies. Als ze tijdens die missies waren uitgebarsten, zou het slecht zijn gegaan met de astronauten, die op hun weg naar de maan of terwijl ze aan de oppervlakte waren eenden hadden gezeten.

Artemis 1's stralingsonderzoeken

Gelukkig is er een missie om de stralingsomgeving buiten de aarde te bestuderen:Artemis 1. Het is belangrijk in deze tijd, nu we op weg zijn naar het zonnemaximum. Wanneer het vliegt, zullen straling en medisch onderzoek een belangrijk aandachtspunt van die missie zijn. De Orion-capsule heeft stralingsmonitoren van NASA en ESA aan boord, samen met gespecialiseerde testmannequins. Er zijn ook CubeSats met experimenten (zoals genetisch gemodificeerde gist die staat voor menselijke reacties op straling). Deze zijn allemaal ontworpen om de stralingsomgeving te bestuderen waarmee astronauten worden geconfronteerd op weg naar de maan.

Orion heeft natuurlijk stralingsafscherming om mens en technologie te beschermen. Toekomstige vaartuigen zoals het Human Landing System van SpaceX zullen goed worden afgeschermd om astronauten te beschermen op hun weg naar de maan en terug naar de geplande Lunar Gateway. In het geval van een zeer zware storm kunnen astronauten zich verstoppen in schuilplaatsen aan boord totdat het veilig is. Dat is wat ISS-bemanningen deden toen de zon in september 2017 een bijzonder felle uitbarsting losliet.

Stralingsgevaren buiten de aarde

Het is echter de moeite waard eraan te denken dat het ISS zich in de beschermende bubbel van de magnetosfeer van de aarde bevindt. Astronauten die zich buiten de magnetosfeer in Orion of andere ruimtevaartuigen wagen, lopen gevaar. Dat geldt ook voor mensen die op de maan wonen en werken. Er is geen dergelijke magnetosferische bescherming 'daarbuiten' beschikbaar. Bij een sterke zonnestorm worden mensen in de ruimte heel snel gestraald met dodelijke hoeveelheden straling.

"Het verlaten van de magnetosfeer is als het verlaten van een veilige haven en je wagen in de open oceaan", zegt Melanie Heil, segmentcoördinator van het Space Weather Office van de European Space Agency. "Blootstelling aan straling voor astronauten op de maan kan een orde van grootte hoger zijn dan op het ruimtestation en enkele ordes van grootte hoger dan op het aardoppervlak. Toekomstige astronauten zullen grotere risico's lopen door gebeurtenissen met zonnedeeltjes:het is erg belangrijk dat we de stralingsomgeving buiten de magnetosfeer en verbeteren ons vermogen om zonnestormen te voorspellen en erop voor te bereiden."

ESA werkt van haar kant aan het project European Radiation Sensor Array (ERSA). Dat is een reeks sensoren om real-time stralingsmonitoring te geven aan boord van het toekomstige bemande maan-Gateway-ruimtestation. Het idee is om metingen van zowel binnen als buiten bemanningscapsules en habitats te krijgen om stralingsrisico's en lekken te begrijpen. Het is ook mogelijk om stralingssensoren op onbemande maanorbiters zoals Lunar Pathfinder op te nemen. Een andere mogelijkheid is om sensoren op toekomstige maantelecommunicatiesatellieten te plaatsen.

Zonneactiviteit voorspellen

Naast het beschermen van onze astronauten en maanverkenners, is het belangrijk om de stralingsomgeving tussen de aarde en de maan te verkennen, zoals Artemis zal doen. Maar we hebben meer informatie nodig over de zonne-uitbarstingen zelf. Hoewel astronomen veel weten over zonneactiviteit, hebben we nog steeds een solide "vroegtijdig waarschuwingssysteem" nodig voor zonnestormen. Het kan astronauten en maanverkenners op tijd waarschuwen om veiligheidsmaatregelen te nemen.

Dat is het doel van ruimteweeronderzoekers over de hele wereld. Vroege observatie van actieve gebieden op de zonneschijf is een belangrijk doel van ESA's Vigil-missie in 2029. Het zal vooraf waarschuwingen geven voor mogelijk gevaarlijke ruimteweergebeurtenissen die astronauten en ontdekkingsreizigers in gevaar kunnen brengen. Andere missies, zoals SOHO, STEREO, Solar Dynamics Observatory en de Parker Solar Probe, leveren waardevolle langetermijngegevens over de activiteit van de zon. + Verder verkennen

Artemis en maanverkenners beschermen tegen ruimtestraling