Flug zum Mars ist für zukünftige Astronauten mit Strahlenrisiko verbunden

Diese Pressemitteilung ist verfügbar auf Englisch, Französisch und Spanisch.

Eine bemannte Mission zum Mars, die in der Vergangenheit Science Fiction war, wird immer wahrscheinlicher; und ein neuer Bericht in der Zeitschrift Science vom 31. Mai erläutert Einsichten in die damit verbundene Gefahr von Strahlen.

Kosmische Strahlen sind seit Langem als Problem für bemannte Weltraummissionen bekannt. Da diese Flugreisen Jahre dauern können, sind alle Gegenstände und alle Astronauten an Bord großen Mengen hochenergetischer Partikeln namens Galactic Cosmic Rays (GCRS) und niedrigenergetischer Partikeln namens Solar Energetic Particles (SEPs) ausgesetzt. Die Beschreibung der Strahlung, der ein Raumfahrzeug auf dem Weg zum Mars oder bei anderen Reisen im Weltraum ausgesetzt ist, trägt entscheidend dazu bei, dass diese Fahrzeuge sicherer werden.

Ein Bericht von Cary Zeitlin am Southwest Research Institute und seinen Kollegen enthält eine genaue Beschreibung der Strahlen an Bord des Mars Science Laboratory (MSL) – des Raumfahrzeugs, das 2011 und 2012 das Geländefahrzeug Curiosity zum Mars gebracht hat. Frühere Studien zur Einschätzung der Strahlen, die auf Fahrzeuge im Weltraum einwirken, haben diese Umgebung in ungeschützten Fahrzeugen gemessen. Ein solches Ergebnis war nicht ideal für die Bewertung der potenziellen Strahlengefahr für Menschen, die nur in Raumfahrzeugen mit einem Schutzschild reisen.

„Die Daten aus unserer Studie sind anders, weil der von uns verwendete Strahlendetektor, der Radiation Assessment Detector (RAD), unter einer recht guten Abschirmung war", erläutert Dr. Zeitlin. Das Mars Science Laboratory, aus dem Zeitlin und seine Kollegen ihre Werte ermittelten, war zum Beispiel von einem viel dickeren Schutzschild als das einer Apollo-Raumkapsel umgeben. „Daher sind unsere Messwerte die ersten ihrer Art."

Während eines Großteils der 253 Tage dauernden Reise des MSL, die vom 26. November 2011 bis zum 6. August 2012 dauerte, registrierte RAD genaue Messwerte der von energetischer Teilchenstrahlung im Inneren des MSL belasteten Atmosphäre, und hielt diese in einem umfassenden Datenmaterial fest. „Ich bin ununterbrochen begeistert von der guten Arbeit von RAD", sagte Zeitlin.

Da die Abschirmung des MSL der von zukünftigen bemannten Weltraummissionen ähnlich ist, sind die von RAD registrierten Strahlenmengen an Bord realistisch. Ausgehend von diesen Messungen und unter der Annahme, dass ähnliche Schutzschilde und Zeiträume im Solarzyklus vorherrschen und dass die Reise 180 Tage dauert (die von NASA typischerweise geschätzte Zeit für einen Flug zum Mars), gehen Zeitlin und seine Kollegen davon aus, dass die Strahlenmenge für einen Astronaut, der zum Roten Planeten reist, einen Großteil dessen ausmacht, was dieser in seinem gesamten Leben zu erwarten hätte.

Jeglicher Aufenthalt auf der Marsoberfläche würde diese Menge noch erhöhen.

Da Zeitlin und sein Team lediglich die Strahlenbelastung auf der Reise zum und vom Mars berücksichtigen, beabsichtigt das Team in einem nächsten Schritt die Strahlenmengen von Curiosity auf der Marsoberfläche weiterhin zu untersuchen. „Das Veröffentlichen dieser Erkenntnisse wird die Forschergemeinde mit weiteren Daten für die Bewertung von Missionsszenarien versorgen."

Die Verfügbarkeit dieser Daten ist angesichts der von NASA in Erwägung gezogenen Landungsszenarien auf dem Mars von besonderer Wichtigkeit. „Manche dieser Szenarien", so Zeitlin, „gehen davon aus, dass der Reise zum Mars ein 500-tägiger Aufenthalt auf der Oberfläche und die anschließenden Rückreise folgt. Der Aufenthalt auf der Oberfläche ist der längste Zeitraum."

Vor der Arbeit von Zeitlin und seinem Team gab es zahlreiche auf Modellen basierende Prognosen über die Strahlenbelastung für Astronauten einer Marsmission. Diese Prognosen basierten auf Modellen mit Schätzungen über die Abschirmungen am verwendeten Flugkörper sowie Annahmen über den Zustand des Solarzyklus. Beide dieser Faktoren haben einen Einfluss auf die Strahlenwerte.

In diesem Zusammenhang erklärte Dr. Zeitlin, dass ihn der Stand des Solarzyklus während der Fahrt des MSL zum Mars überraschte.

„Ausgehend von den wenige Jahre alten Vorhersagen über den Verlauf des Solarzyklus", so Zeitlin, „waren wir davon ausgegangen, dass Ende 2011 und in der ersten Jahreshälfte 2012 fast ein Sonnenmaximum erreicht werden würde." Ein Sonnenmaximum geht einher mit einem starken magnetischen Feld, das die Intensität von GCR schwächt. Stattdessen haben Zeitlin und seine Kollegen bis jetzt ein sehr schwaches Sonnenmaximum mit relativ niedriger Solaraktivität beobachtet. „Und wegen des schwachen Sonnenmaximums", erklärte Zeitlin, „war der Fluss von GCR eher hoch".

Dennoch sind die Erkenntnisse aus dieser Studie repräsentativ für eine Marsreise unter den Bedingungen einer niedrigen bis mäßigen Solaraktivität und bewegen sich im Rahmen früherer Modellvorhersagen für die Strahlenbelastung einer Reise zum Mars.

Der Bericht von Zeitlin und seinen Kollegen fließt in die Verbesserung von Abschirmungstechnologie eines Raumfahrzeugs mit ein, das eines Tages Menschen zum Mars transportieren wird. Er dient als wesentlicher Beginn in einem schrittweisen Prozess zur Entwicklung von Raumtransportmodellen.

Dr. Zeitlin warnt vor voreiligen Schlüssen angesichts der Interpretation von RAD-Ergebnissen und definitiven Aussagen über die Machbarkeit einer bemannten Mission zum Mars. „Die von uns gemessene Strahlenbelastung ist genau an der Grenze dessen, was bei der NASA und anderen Weltraumbehörden als Obergrenze für ein akzeptables Risiko für Raumfahrer gilt – bzw. liegt sogar darüber. Diese Grenzen sind abhängig von unserem Verständnis von dem mit der Exposition von kosmischen Strahlen verbundenen Gesundheitsrisiko. Und dieses Verständnis ist zum gegenwärtigen Zeitpunkt ziemlich begrenzt."

Eine ganze Forschergemeinde ist damit beschäftigt, das Strahlenrisiko besser zu quantifizieren.

Zeitlin sagte, dass er sich sehr freut, zum MSL Science Team und der größeren Mission zu gehören, die das Ziel hat, die klimatischen, geologischen und mineralogischen Bedingungen auf dem Mars besser zu verstehen. „Wir sitzen, was die Messergebnisse von anderen Instrumenten betrifft, quasi in der ersten Reihe", sagte er. „Zusätzlich zu unserer eigen Arbeit sehen und hören wir von der großartigen Arbeit der anderen Instrumententeams."

Der Bericht von Zeitlin et al. wurde gefördert von NASA und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt.

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