Een enorme zonne-uitbarsting werd gevoeld op aarde, de maan en Mars

Een vulkaanuitbarsting van de zon die gelijktijdig op aarde, de maan en Mars werd gedetecteerd in oktober 2021, onderstreept hoe belangrijk het is om voorbereid te zijn op de gevaren van ruimtestraling. Het evenement maakte zeldzame gelijktijdige metingen mogelijk, waardoor ons begrip van zonne-uitbarstingen en hoe planetaire magnetische velden en atmosferen hun effecten kunnen verzachten. Deze kennis is essentieel voor toekomstige menselijke verkenning van de maan en Mars, waar astronauten aanzienlijke stralingsrisico’s lopen.

Tegelijkertijd werd op de aarde en de maan een zonnevlam waargenomen Mars Benadrukt de noodzaak om menselijke verkenningsmissies voor te bereiden op de gevaren van ruimtestraling.

Op 28 oktober 2021 brak een massale corona-uitstoting door de zon uit en de impact ervan was zo wijdverspreid dat zowel Mars als de aarde, ondanks dat ze zich aan weerszijden van de zon bevinden en ongeveer 250 miljoen kilometer (160 miljoen mijl) van elkaar verwijderd zijn, een stortvloed van energetische deeltjes.

Een zeldzame en belangrijke gebeurtenis

Dit is de eerste keer dat een zonnegebeurtenis gelijktijdig wordt gemeten op de oppervlakken van de aarde, de maan en Mars, zoals gerapporteerd op 2 augustus in Geosearch-berichten papier. De ontploffing werd gedetecteerd door een internationale vloot van ruimtevaartuigen, waaronder de ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), NASA’s Mars Curiosity, CNSA’s Chang’e-4 Moon Lander, Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) en DLR’s Eu:CROPIS Earth orbiter. .

Deze gelijktijdige metingen op verschillende werelden helpen onze kennis te verbeteren over de impact van zonnevlammen en hoe het magnetische veld en de atmosfeer van een planeet astronauten ertegen kunnen beschermen.

Coronale massa-ejectie zoals gezien door het SOHO-kantoor op 28 oktober 2021. Deze gebeurtenis is een zeldzaam voorbeeld van “verbetering op grondniveau”. Tijdens deze gebeurtenissen hebben deeltjes van de zon voldoende energie om door de magnetische bubbel te gaan die de aarde omringt en ons beschermt tegen minder energieke zonnevlammen. Het was pas de 73e verbetering op grondniveau sinds het begin van de metingen in de jaren veertig, en sindsdien is er geen enkele meer geregistreerd. Credits: SOHO (ESA en NASA), CC BY-SA 3.0 IGO

Vergelijk verschillende werelden

Het evenement, dat plaatsvond op 28 oktober 2021, is een zeldzaam voorbeeld van “grondverbetering”. Tijdens deze gebeurtenissen hebben deeltjes van de zon voldoende energie om door de magnetische bubbel te gaan die de aarde omringt en ons beschermt tegen minder energieke zonnevlammen. Het was pas de 73e verbetering op grondniveau sinds het begin van de metingen in de jaren veertig, en sindsdien is er geen enkele meer geregistreerd.

Omdat de maan en Mars geen eigen magnetische velden genereren, kunnen deeltjes van de zon gemakkelijk hun oppervlak bereiken en zelfs in wisselwerking treden met de grond om secundaire straling te genereren. Maar Mars heeft een dunne atmosfeer die de meeste laagenergetische zonnedeeltjes tegenhoudt en de hoogenergetische deeltjes vertraagt.

Het belang van het begrijpen van zonnegebeurtenissen

Aangezien de maan en Mars de focus zijn van toekomstige menselijke verkenningen, is het uiterst belangrijk om deze zonnegebeurtenissen en hun potentiële impact op het menselijk lichaam te begrijpen. Astronauten lopen het risico op stralingsziekte. Een stralingsdosis van meer dan 700 milligray – de stralingsabsorptie-eenheid – kan stralingsziekte veroorzaken door het beenmerg te vernietigen, wat leidt tot symptomen zoals infectie en inwendige bloedingen.

Als een astronaut meer dan 10 grijzen krijgt, is het onwaarschijnlijk dat hij langer dan 2 weken zal overleven. Een enkele zonnevlam in augustus 1972 had zo’n hoge stralingsdosis kunnen geven aan een astronaut op het oppervlak van de maan, maar die viel gelukkig tussen de bemande Apollo 16- en 17-missies.

Voel de gigantische zonne-uitbarsting op de aarde, maan en Mars infographic. Krediet: ESA

Recente bevindingen en beschermingsmaatregelen

Ter vergelijking: tijdens het evenement van 28 oktober 2021 werd de dosis in een baan om de maan gemeten op NASADe Lunar Reconnaissance Orbiter was slechts 31 milligram. “Onze berekeningen van boosting-evenementen op aarde in het verleden tonen aan dat gemiddeld één gebeurtenis om de 5,5 jaar het veilige dosisniveau op de maan zou hebben overschreden als er geen stralingsbescherming was geboden. Deze gebeurtenissen zijn van cruciaal belang voor toekomstige bemande missies naar het maanoppervlak. “

Wanneer we de metingen van de ExoMars TGO en de Curiosity rover vergelijken, wordt de bescherming die de atmosfeer van Mars biedt duidelijk: de TGO mat 9 milligram, 30 keer meer dan de 0,3 milligram die op het oppervlak werd gedetecteerd.

ESA’s missies in het zonnestelsel Solar Orbiter, SOHO en BepiColombo hebben de uitbarsting ook gedetecteerd, wat meer en betere uitkijkpunten biedt voor het bestuderen van dit zonnegebeurtenis.

Momenteel leven we in een gouden eeuw voor de fysica van het zonnestelsel. Stralingsdetectoren aan boord van interplanetaire missies zoals BepiColombo, onderweg naar Mercury, en Juice, zeilend naar Jupiterwat de broodnodige dekking toevoegt aan de studie van de versnelling en voortplanting van zonnedeeltjes, “zei Marco Pinto, een onderzoeksmedewerker bij de European Space Agency die werkt aan stralingsdetectoren.

Bescherm onze astronauten

Het beschermen van astronauten tijdens hun avonturen in de ruimte is een essentiële en belangrijke missie van de European Space Agency. Het begrijpen en voorspellen van extreme stralingsgebeurtenissen is hier een essentieel onderdeel van. Speciale instrumenten meten de stralingsomgeving in de ruimte en worden gebruikt om kritieke en terrestrische infrastructuur in de ruimte te beschermen en om astronauten te beschermen. Als de astronauten tijdig worden gewaarschuwd, kunnen ze bescherming vragen zoals lichaamskleding of onderdak in grotten. huidig ​​beleid op Internationaal Ruimtestation Het is een terugkeer naar de slaapvertrekken of de keuken, waar de muren beschermen tegen straling.

Het portaal zal duurzame verkenning rond en op de maan mogelijk maken, terwijl het onderzoek mogelijk maakt en de technologieën en processen demonstreert die nodig zijn om een ​​toekomstige missie naar Mars uit te voeren. Deze computerweergave toont NASA’s Orion-ruimtevaartuig aangemeerd bij de Gateway (links) die de astronauten naar de buitenpost van de maan zal brengen. Krediet: ESA

Maan Poort

Het Artemis-programma dat astronauten naar de maan stuurt, omvat een ruimtestation in een baan om de maan, de Gateway genaamd. Op de Gateway zullen drie groepen instrumenten de stralingsomgeving rond de maan bewaken: de European Space Agency’s (ESA) European Radiation Sensor Array (ERSA), NASA’s Heliophysics Environmental Measurement and Radiation Experiment Suite (HERMES) en ESA/JAXA Interne dosimeterarray (IDA).

Samen zullen deze experimenten de stralingsomgeving buiten de Gateway meten, terwijl specifieke stralingsdoses binnen worden bewaakt, tussen 3.000 km en 70.000 km (45.000 mijl) van het maanoppervlak. Deze metingen zullen nodig zijn om beter inzicht te krijgen in de omgeving die astronauten zullen ervaren in de interplanetaire ruimte.

Twee stralingspoppen maken baanbrekende flybys van het maanoppervlak om ruimtereizigers te helpen beschermen tegen kosmische straling en energetische zonnestormen. Deze twee vrouwelijke fantomen vulden de passagiersstoelen tijdens de eerste missie van Orion rond de maan en gingen verder dan ooit tevoren door een mens was gevlogen. Uitgerust met meer dan 5.600 sensoren, heeft het paar de hoeveelheid straling gemeten waaraan astronauten tijdens toekomstige missies zouden worden blootgesteld met een ongekende nauwkeurigheid. Krediet: Lockheed Martin

Luna-tweeling en toekomstig onderzoek

Ruimteagentschappen onderzoeken ook beschermende kleding om de impact van ruimtestraling op het lichaam te verminderen. Twee identieke mannequins, ontwikkeld door het Duitse Lucht- en Ruimtevaartcentrum (DLR), waren de passagiers van de Artemis I-testvlucht, die van november tot december 2022 langs de maan vloog. Uitgerust met stralingssensoren van DLR en NASA. Helga vloog onbeschermd, maar de Zohar droeg een nieuw ontwikkeld stralingsbeschermingsvest dat haar torso bedekte. De DLR-onderzoekers vergelijken momenteel de twee sets gegevens gemeten door Helga en Zohar.

Colin Wilson, ExoMars TGO-projectwetenschapper, concludeert: “Ruimtestraling kan een zeer reëel risico vormen voor onze verkenning door het hele zonnestelsel. Metingen van stralingsgebeurtenissen op hoog niveau door robotmissies zijn van cruciaal belang voor de voorbereiding op langdurige bemande missies. Dankzij gegevens van Voor missies zoals ExoMars TGO kunnen we ons voorbereiden op de beste manier om onze menselijke ontdekkingsreizigers te beschermen.”

Referentie: “Eerste verbetering van het aardniveau zichtbaar op drie planetaire oppervlakken: aarde, maan en Mars” door Jingnan Gu, Xiaoli Li, Jian Zhang en Michael I. . Wimmer-Schweingruber, Donald M. Hassler, Cary Zeitlin, Bent Ehresmann, Daniel Matthiä en Bin Zhuang, 2 augustus 2023, hier beschikbaar. Geosearch-berichten.
doi: 10.1029/2023GL103069