Sie werden 200 Mal mehr Strahlung erleben, wenn Sie auf dem Mond stehen, als wenn Sie auf der Erde stehen

Der 31. Januar 2021 jährt sich zum 50. Mal seit der Einführung von Apollo 14. Diese historische Mission war die erste, die ein Farbfernsehsignal von der Mondoberfläche ausstrahlte und markierte die heroische Rückkehr des ersten amerikanischen Astronauten Alan Shepard ins All, der bekanntermaßen schlage zwei Golfbälle vom Mondregolith . Während die Bedeutung von Apollo 14 und dem Apollo-Programm im Allgemeinen nicht hoch genug eingeschätzt werden kann, verbrachte Shepard nur zwei Tage auf der Mondoberfläche. Der Rekord für die längste menschliche Präsenz auf dem Mond, gehalten von Eugene Cernan und Harrison Schmitt , ist etwas mehr als drei Tage. Alle Apollo-Astronauten waren auf der Mondoberfläche hoher Strahlung ausgesetzt, aber bei so relativ kurzen Aufenthalten wurde das Risiko als akzeptabel angesehen.

Da das Artemis-Programm der NASA eine Ära der langfristigen Besiedlung des Mondes einleiten soll, stellt eine längere Exposition gegenüber intensiver Strahlung eine ernsthafte Bedrohung für die Gesundheit und das Wohlbefinden zukünftiger Astronauten dar. Einer der ersten Schritte zur Eindämmung der Gefahren besteht darin, eine Datensammlung zu erstellen, die das Ausmaß und die Art dieser Strahlung genau umreißt. Eine im September veröffentlichte Studie, die auf Daten basiert, die vom Lunar Lander Neutrons and Dosimetry Experiment an Bord des chinesischen Roboter-Mondlanders Chang’E 4 gesammelt wurden, zeigt Langzeitmessungen der Strahlungsniveaus auf der Mondoberfläche. Dies ist das erste Mal, dass erweiterte Messungen der Strahlung auf dem Mond gesammelt wurden und dazu beitragen werden, die Gestaltung und Abschirmung zukünftiger Lebensräume auf dem Mond zu unterstützen.

Hohe Auflösung von Chinas Chang’E 4 auf der Mondoberfläche, aufgenommen vom zugehörigen Yutu-2-Rover. Bildnachweis: CNSA

Es war immer klar, dass eine erhebliche Abschirmung von Weltraumstrahlung wäre notwendig, um Langzeitbewohner des Mondes vor schädlichen Auswirkungen auf die Gesundheit zu schützen. Ein wichtiger Schritt beim Entwurf solcher Strukturen besteht darin, genau zu verstehen, wie hoch die Strahlungsbedrohung ist. Die Daten und die damit verbundene Forschung von Chang’E 4 geben beispiellose Einblicke in die Natur der Weltraumstrahlungsumgebung auf dem Mond ein. Die Messwerte der Raumsonde können verwendet werden, um die „Äquivalentdosisleistung“ zu bestimmen, ein biologisch gewichtetes Maß für die Strahlendosis im Zeitverlauf. Dies ergibt ein Ergebnis von 60 Mikrosievert pro Stunde. Dies ist mehr als das Doppelte der Strahlung von Astronauten an Bord der ISS, 5-10 Mal mehr als die Strahlung auf Langstreckenflügen und 200 Mal mehr als die Strahlung auf der Erdoberfläche.

Panoramablick auf die Mondoberfläche von Chang’E 4. Bildnachweis: CNSA

Es gibt zwei Hauptstrahlungsquellen, mit denen zukünftige Mondbewohner zu kämpfen haben. Erstens gibt es Galaktische kosmische Strahlung oder GCRs. Diese bestehen hauptsächlich aus geladenen Teilchen wie Protonen und nackten Heliumkernen, wobei etwa 1% der GCRs aus Kernen schwererer Elemente bestehen. Da der Schaden durch geladene Teilchen mit dem Quadrat der Kernladung skaliert, können diese schwereren Elemente menschliches Gewebe überproportional schädigen. Diese Strahlung stammt aus Millionen von Quellen, die über den ganzen Himmel verstreut sind, und ist in ihrem Niveau sehr konstant.

Die zweite Strahlungsbedrohung ist solare Teilchenereignisse oder SPEs. Wie der Name schon sagt, sind diese das Ergebnis sporadischer Ereignisse auf der Sonne wie koronale Massenauswürfe (CMEs) oder Sonneneruptionen. Die Strahlung von SPEs ist viel weniger vorhersehbar als GCRs, kann aber so destruktiv sein, dass sie durch ein einzelnes Ereignis oder eine einzige Exposition akute Gewebeschäden verursachen kann.

Illustration der Wechselwirkung des Erdmagnetfelds mit GCRs und SPEs. Kredit:
NASA/JPL-Caltech/SwRI

SPEs sind nicht nur eine Gefahr für zukünftige Mondbewohner, sondern können auch das Leben auf der Erde beeinträchtigen. Die 1989 geomagnetischer Sturm und der damit verbundene Stromausfall, der Millionen in Quebec und im Nordosten der USA ohne Strom zurückließ, ist ein besonders bemerkenswertes Beispiel für die Auswirkungen von Sonneneruptionen auf die Menschheit. Zum Glück schützt uns das starke Magnetfeld der Erde vor den meisten schädlichen geladenen Teilchen, die von der Sonne auf uns strömen. Dies ist beim Mond nicht der Fall, dem ein Magnetfeld und eine Atmosphäre fehlen, sodass jeder auf der Oberfläche der vollen Stärke der einfallenden Weltraumstrahlung ausgesetzt ist.

Künstlerische Darstellung der Auswirkungen des geomagnetischen Sturms von 1989 auf das Stromnetz Nordamerikas. Bildnachweis: NASA

Auch wenn GCRs nicht die gefährlichen Intensitätsspitzen aufweisen, die bei SPEs zu sehen sind, wurde eine chronische Exposition gegenüber solcher ionisierender Strahlung mit degenerativen in Verbindung gebracht Erkrankungen des zentralen Nervensystems , grauer Star , und Krebs . Der richtige Schutz vor beiden Strahlungsquellen ist für Astronauten von entscheidender Bedeutung, um ernsthafte oder sogar katastrophale gesundheitliche Folgen von Mondexpeditionen zu vermeiden.

Die dritte Quelle gefährlicher subatomarer Partikel auf der Mondoberfläche ist überraschenderweise der Mond selbst. Es könnte leicht sein, das im Wesentlichen träge Gestein und Staub des Mondes als nicht bedrohlich abzutun, aber das wäre ein schreckliches Versehen. Wenn externe Strahlung von galaktischen Quellen und die Sonne mit den Atomen im Mondboden kollidiert, Neutronen und Gammastrahlen können freigesetzt werden und ihre eigenen Gewebeschäden verursachen. Die Halbwertszeit eines freien Neutrons beträgt knapp über zehn Minuten, daher müssen diese instabilen Teilchen aus Kernreaktionen auf der Mondoberfläche stammen, da sie die langen Reisezeiten von weit entfernten Weltraumquellen nicht überleben könnten.

Eine potenzielle Lavaröhre auf dem Mond wird in einem scheinbaren Grubenkrater enthüllt, der durch den Einsturz des Tunneldachs verursacht wurde. Bildnachweis: NASA/GSFC/Arizona State University

Es ist klar, dass ein erheblicher Schutz vor dieser Strahlung vorhanden sein muss, damit der Mensch auf dem Mond überleben kann. Der Bau von Wohnräumen, die durch dicke Schichten von Mondgestein geschützt sind, scheint die wahrscheinlichste Lösung für das Problem der Weltraumstrahlung auf dem Mond zu sein. Eine besonders überzeugende Möglichkeit ist der Bau von Lebensräumen innerhalb von Mondhöhlen. Auf dem Mond sind große, uralte, hohle Lavaröhren bekannt, die vor Milliarden von Jahren vom Mondvulkanismus übrig geblieben sind. Einige haben Öffnungen zur Oberfläche, die den Cenoten Mexikos ähneln. Teilweise dank der Forschungen von Chang’E 4 finden wir möglicherweise die fortschrittlichsten menschlichen Erforschungen der Geschichte, die in Höhlen auf einer anderen Welt Zuflucht suchen, ähnlich wie unsere alten Vorfahren vor Tausenden von Jahren in irdischen Höhlen Zuflucht gesucht haben.

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