Kunnen lavabuizen, grotten of ondergrondse habitats een veilig toevluchtsoord bieden voor toekomstige astronauten op Mars? Wetenschappers van NASA's Curiosity Mars rover-team helpen bij het onderzoeken van dergelijke vragen met de Radiation Assessment Detector of RAD.

In tegenstelling tot de aarde heeft Mars geen magnetisch veld om het te beschermen tegen de hoogenergetische deeltjes die in de ruimte rondsuizen. Die straling kan grote schade aanrichten aan de menselijke gezondheid, en het kan ook de levensondersteunende systemen waarvan Mars-astronauten afhankelijk zullen zijn, ernstig in gevaar brengen.

Op basis van gegevens van Curiosity's RAD ontdekken onderzoekers dat het gebruik van natuurlijke materialen zoals het gesteente en sediment op Mars enige bescherming zou kunnen bieden tegen deze altijd aanwezige ruimtestraling. In een paper die deze zomer in JGR Planets werd gepubliceerd, beschrijven ze hoe Curiosity van 9 tot 21 september 2016 tegen een klif geparkeerd bleef op een locatie genaamd "Murray Buttes".

Terwijl hij daar was, mat RAD een afname van 4% van de totale straling. Belangrijker nog, het instrument detecteerde een afname van 7,5% van de straling van neutrale deeltjes, inclusief neutronen die door rots kunnen dringen en vooral schadelijk zijn voor de menselijke gezondheid. Deze cijfers zijn statistisch hoog genoeg om aan te tonen dat het te wijten was aan de locatie van Curiosity aan de voet van de klif in plaats van aan normale veranderingen in de achtergrondstraling.

"We hebben lang gewacht op de juiste omstandigheden om deze resultaten te krijgen, die van cruciaal belang zijn om de nauwkeurigheid van onze computermodellen te garanderen", zegt Bent Ehresmann van het Southwest Research Institute, hoofdauteur van het recente artikel. "Bij Murray Buttes hadden we eindelijk deze omstandigheden en de gegevens om dit effect te analyseren. We zijn nu op zoek naar andere locaties waar RAD dit soort metingen kan herhalen."

Een buitenpost voor ruimteweer op Mars

De meeste straling die door RAD wordt gemeten, is afkomstig van galactische kosmische straling - deeltjes die worden uitgestoten door exploderende sterren en die door het universum worden gestuurd. Dit vormt een tapijt van "achtergrondstraling" dat gezondheidsrisico's voor mensen kan opleveren.

Veel intensere straling komt sporadisch van de zon in de vorm van zonnestormen die enorme bogen van geïoniseerd gas in de interplanetaire ruimte werpen.

"Deze structuren draaien in de ruimte en vormen soms complexe croissantvormige fluxbuizen die groter zijn dan de aarde, en veroorzaken schokgolven die deeltjes efficiënt kunnen activeren", zegt Jingnan Guo, die een onderzoek leidde dat in september werd gepubliceerd in The Astronomy and Astrophysics Review. , analyseerde negen jaar aan RAD-gegevens terwijl ze aan de Duitse Christian Albrecht University zat.

"Kosmische straling, zonnestraling, zonnestormen - het zijn allemaal componenten van ruimteweer en RAD is in feite een buitenpost voor ruimteweer op het oppervlak van Mars", zegt Don Hassler van het Southwest Research Institute, hoofdonderzoeker van het RAD-instrument.

Zonnestormen komen met variërende frequentie voor op basis van cycli van 11 jaar, waarbij bepaalde cycli frequentere en energetische stormen met zich meebrengen dan andere. Contra-intuïtief zijn de perioden waarin de zonneactiviteit het hoogst is, misschien wel de veiligste tijd voor toekomstige astronauten op Mars:de verhoogde zonneactiviteit beschermt de Rode Planeet tegen kosmische straling met maar liefst 30 tot 50%, vergeleken met perioden waarin de zonneactiviteit lager is .

"Het is een afweging," zei Guo. "Deze perioden van hoge intensiteit verminderen één stralingsbron:de alomtegenwoordige, hoogenergetische achtergrondstraling van kosmische straling rond Mars. Maar tegelijkertijd zullen astronauten te maken krijgen met intermitterende, intensere straling van zonnestormen."

"De waarnemingen van RAD zijn de sleutel tot het ontwikkelen van het vermogen om ruimteweer, de invloed van de zon op de aarde en andere zonnestelsellichamen te voorspellen en te meten", zegt Jim Spann, ruimteweerleider voor de Heliophysics Division van NASA. "Terwijl NASA plannen maakt voor eventuele menselijke reizen naar Mars, dient RAD als een buitenpost en onderdeel van het Heliophysics System Observatory - een vloot van 27 missies die de zon en zijn invloed op de ruimte onderzoekt - wiens onderzoek ons ​​begrip van en verkenning van de ruimte ondersteunt. "

RAD heeft tot nu toe de impact van meer dan een dozijn zonnestormen gemeten (vijf tijdens een reis naar Mars in 2012), hoewel de afgelopen negen jaar een bijzonder zwakke periode van zonneactiviteit hebben gekenmerkt.

Wetenschappers beginnen nu pas te zien dat de activiteit toeneemt naarmate de zon uit zijn sluimer komt en actiever wordt. RAD heeft zelfs op 28 oktober 2021 bewijs waargenomen van de eerste X-klasse flare van de nieuwe zonnecyclus. X-klasse flares zijn de meest intense categorie van zonnevlammen, waarvan de grootste kan leiden tot stroomuitval en communicatie-uitval op aarde.

"Dit is een opwindende tijd voor ons, omdat een van de belangrijkste doelstellingen van RAD is om de extremen van ruimteweer te karakteriseren. Gebeurtenissen zoals zonnevlammen en stormen zijn een type ruimteweer dat het vaakst voorkomt tijdens verhoogde zonneactiviteit - de tijd we naderen nu," zei Ehresmann. Er zijn meer waarnemingen nodig om te beoordelen hoe gevaarlijk een echt krachtige zonnestorm zou zijn voor mensen op het oppervlak van Mars.

De bevindingen van RAD zullen worden gebruikt voor een veel grotere hoeveelheid gegevens die worden verzameld voor toekomstige bemande missies. NASA heeft zelfs de tegenhanger van Curiosity, de Perseverance-rover, uitgerust met monsters van ruimtepakmaterialen om te beoordelen hoe ze straling in de loop van de tijd kunnen weerstaan.