Wie das Weltraumwetter die Rückkehr der NASA zum Mond ruinieren könnte

NASA/Goddard Space Flight Center

Wird die NASA 2024 wirklich Menschen zum Mond zurückbringen? Das war die immer unwahrscheinlicheres Mandat, das der Behörde von der Trump-Administration erteilt wurde . Präsident Biden hat dieses Ziel noch nicht geändert, obwohl die meisten Experten erwarten, dass er der NASA den dringend benötigten Raum zum Atmen gibt und diese Frist auf später im Jahrzehnt verschieben .

Das Problem ist, dass 2024 tatsächlich eine sicherere Option sein könnte. Eine neue Studie veröffentlicht in der Zeitschrift Solar Physics deutet darauf hin, dass in der zweiten Hälfte des Jahrzehnts ein erhöhtes Risiko für Weltraumwetterereignisse – Strahlungsstürme und aufgeladene Sonnenpartikel – besteht. Dies würde eine erhöhte Gefahr für bemannte Missionen zum Mond zwischen 2026 und 2029 darstellen. Wenn die NASA es ernst meint, zum Mond zurückzukehren und die Astronauten so sicher wie möglich zu halten, kann es ratsam sein, die Bemühungen zu beschleunigen, um sicherzustellen, dass dies vorher geschieht 2026 – oder warten, bis das Jahrzehnt vorbei ist.

Das Weltraumwetter wurde zu Beginn des Weltraumzeitalters sicherlich übersehen, aber es wird zunehmend ernst genommen, sowohl in Bezug auf terrestrische Auswirkungen als auch für die Weltraumforschung, sagt Matthew Owens, ein Weltraumphysiker von der University of Reading in Großbritannien und Leiter Autor der neuen Studie. Die Studie sollte sich mit extremem Weltraumwetter im Allgemeinen und nicht speziell mit Bezug auf die Monderkundung befassen. Erst bei der Zusammenstellung der verschiedenen Ergebnisse zu dem Versuch, eine Vorhersage über die Wahrscheinlichkeit von extremem Weltraumwetter im kommenden 11-Jahres-Zyklus zu treffen, wurden die Implikationen für die Monderkundung deutlich.

Ja, es gibt Wetter im Weltraum. Die Oberfläche der Sonne bricht mit Gas und Plasma aus und schleudert geladene Teilchen (Protonen, Elektronen und schwere Ionen) mit Millionen von Kilometern pro Stunde in den Rest des Sonnensystems. Diese Teilchen können innerhalb weniger Minuten Erde und Mond treffen. Das Magnetfeld der Erde schützt uns vor ihnen, aber die Partikel können es immer noch braten Elektronik und Stromnetze an der Oberfläche und kritische Satelliten beschädigen, die GPS- und Telekommunikationsdienste verwalten.

Das Weltraumwetter könnte für alle Astronauten, die zum Mond fliegen oder versuchen, auf einem Mondaußenposten an der Oberfläche zu leben und zu arbeiten, extrem gefährlich sein. Lebenserhaltungssysteme und Strom könnten abgeschaltet werden, und die Sonnenaktivität könnte lebensbedrohliche Strahlung erzeugen. Zwischen Apollo 16 und 17, sagt Owens, habe es ein riesiges Weltraumwetterereignis gegeben wäre wahrscheinlich fatal gewesen wenn damals Astronauten auf dem Mond gewesen wären.

Alle 11 Jahre dreht sich das Magnetfeld der Sonne um – Nord- und Südpol tauschen ihre Plätze – und die Sonnenaktivität steigt und fällt. Sie denken vielleicht, dass es klüger ist, während des Sonnenminimums zu starten, aber das war nicht unbedingt der Fall, da niedrige Punkte der Sonnenaktivität normalerweise bedeuten, dass eine stärkere Exposition gegenüber galaktischer kosmischer Strahlung (Weltraumstrahlung von außerhalb des Sonnensystems) besteht.

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Darüber hinaus haben die Art von Weltraumwettermustern, die wir im Laufe der Zeit vorhersagen konnten, mit milden und moderaten Ereignissen zu tun, die für bemannte Missionen kein so großes Risiko darstellen. Aber extreme Sonnenstürme – die Art, die eine Mission zum Mond wirklich verwüsten könnte – treten zufällig auf. Viele, wie das berüchtigte Carrington-Ereignis von 1859 , trat bei scheinbar geringer Sonnenaktivität auf. Und diese Extremereignisse sind sehr selten, was ihre Untersuchung erschwert.

Um die Analyse der wenigen verfügbaren Daten zu unterstützen, entwickelten Owens und sein Team Wahrscheinlichkeitsmodelle für extremes Weltraumwetter auf der Grundlage von 150 Jahren Sonnenaktivitätsaufzeichnungen. Diese Modelle simulierten unterschiedliche Häufigkeiten extremer Stürme – eines ließ sie zufällig auftreten, ein anderes erhöhte die Wahrscheinlichkeit bei Sonnenmaxima und so weiter.

Nach Tausenden von Simulationen hatten die Forscher genügend Daten, um zu bestimmen, welche Arten von Szenarien am besten mit dem übereinstimmen, was wir derzeit über die Funktionsweise der Sonne wissen. Sie lernten, dass extremes Weltraumwetter dem gleichen allgemeinen Muster folgt wie moderates Wetter: Die Aktivität ist während eines Sonnenmaximums höher als während eines Minimums, und schwere Ereignisse sind während stärkerer Sonnenzyklen wahrscheinlicher als während schwächerer.

Und es gab auch einen sehr interessanten Nugget, der nur bei Extremereignissen auftritt: Sie treten in ungeraden Sonnenzyklen tendenziell etwas später auf als in geraden.

Wir haben gerade den Sonnenzyklus 25 gestartet im Dezember 2019. Das Sonnenmaximum wird allgemein in den Jahren 2023–2029 erwartet, was die schlimmste Zeit für das Weltraumwetter darstellen sollte. Da dies jedoch ein ungewöhnlicher Zyklus ist, ist die Wahrscheinlichkeit eines extremen Weltraumwetters gegen Ende dieses Fensters am höchsten – sagen wir 2026–2029, sagt Owens.

Die Autoren sagen, dass das erhöhte Risiko es unsicher macht, während dieser Zeit Missionen zum Mond zu fliegen. Wir sagen den Zeitpunkt einzelner Ereignisse nicht voraus, sagt Owens. Der beste Rat, den wir geben können, bezieht sich also auf die Wahrscheinlichkeit, auf ein extremes Ereignis zu stoßen. Wenn ein Start auf 2026 verschoben werden muss, könnte es wünschenswerter sein, ihn noch weiter auf 2030 zu verschieben. Andernfalls sollten Missionsplaner sicherstellen, dass ein Raumschiff über die richtige Hardware verfügt, um Astronauten vor einem Extremereignis zu schützen.

Schließlich ist es nicht so, dass wir Astronauten rechtzeitig vom Mond zurückbringen können, sobald wir wissen, dass ein schlimmer Sonnensturm auf dem Weg ist. Derzeit geben uns unsere besten Warnsysteme für das Weltraumwetter einen Hinweis auf a wenige Stunden bis wenige Tage – und diese Vorhersagen sind noch schlechter für die Vorhersage katastrophaler Stürme.

Dan Baker, ein Weltraumphysiker an der University of Colorado Boulder, der nicht an der Studie beteiligt war, hält die Ergebnisse für gut und betont, dass Forschung wie diese ernst genommen und in die [Missions-]Planung eingebunden werden sollte. Aber er ist nicht ganz zuversichtlich, dass die statistische Arbeit dieser Untersuchung als Empfehlung für das Schrubben einer Mondmission zwischen 2026 und 2029 angenommen werden sollte.

Sonnenstürme und solare Energiepartikel sind ein sehr reales Risiko für Astronauten außerhalb der schützenden Hülle der Erdmagnetosphäre, sagt er. Ich denke jedoch, dass vorsichtige Schritte unternommen werden können, um sich gegen die Auswirkungen eines solch strengen Weltraumwetters zu schützen. Mit einem aktiven und effektiven Weltraumwetterwarn- und -warnsystem glaube ich, dass die Bedrohungen beherrschbar gemacht werden können. Risiken könnten tolerierbar sein, wenn es beispielsweise ein Weltraumwetter-Frühwarnsystem gäbe, das die gesamte Sonne rund um die Uhr beobachtet, und ein Modul eines Raumfahrzeugs oder Mondaußenpostens, das Astronauten speziell vor solchen Ereignissen schützen könnte.

Obwohl ein extremes Ereignis selten sein mag, könnte es bei einer Mission zum Mond den Unterschied zwischen Leben und Tod bedeuten. Ob die NASA und andere bereit sind, dieses Risiko einzugehen, bleibt abzuwarten.

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