Hvor slem er strålingen på Mars?

Menneskelig udforskning af Mars er steget i de sidste par årtier. Ud over de otte aktive missioner på eller omkring den røde planet, yderligere syv robotlandere, rovere og orbitere er planlagt til at blive indsat der ved udgangen af ​​årtiet. Og i 2030'erne og efter, flere rumbureauer planlægger også at montere bemandede missioner til overfladen.

Oven i købet, der er endda masser af frivillige, der er parate til at tage en enkeltrejse til Mars, og folk, der går ind for, at vi gør det til et andet hjem. Alle disse forslag har fokuseret opmærksomheden på de ejendommelige farer, der følger med at sende mennesker til Mars. Bortset fra dens kulde, tørt miljø, mangel på luft, og store sandstorme, der er også spørgsmålet om dens stråling.

Årsager:

Mars har ingen beskyttende magnetosfære, som Jorden gør. Forskere mener, at på én gang, Mars oplevede også konvektionsstrømme i sin kerne, skabe en dynamo-effekt, der drev et planetarisk magnetfelt. Imidlertid, for omkring 4,2 milliarder år siden – enten på grund af en massiv påvirkning fra en stor genstand, eller hurtig afkøling i sin kerne – denne dynamo-effekt ophørte.

Som resultat, i løbet af de næste 500 millioner år, Mars atmosfære blev langsomt fjernet af solvinden. Mellem tabet af dets magnetfelt og dets atmosfære, Mars' overflade er udsat for meget højere strålingsniveauer end Jorden. Og udover regelmæssig eksponering for kosmiske stråler og solvind, det modtager lejlighedsvis dødelige eksplosioner, der opstår med kraftige soludbrud.

Undersøgelser:

NASAs 2001 Mars Odyssey rumfartøj var udstyret med et specielt instrument kaldet Martian Radiation Experiment (eller MARIE), som blev designet til at måle strålingsmiljøet omkring Mars. Da Mars har så tynd en atmosfære, stråling detekteret af Mars Odyssey ville være nogenlunde den samme som på overfladen.

I løbet af cirka 18 måneder, Mars Odyssey-sonden opdagede igangværende strålingsniveauer, som er 2,5 gange højere end hvad astronauter oplever på den internationale rumstation - 22 millirad pr. dag, hvilket svarer til 8000 millirads (8 rads) om året. Rumfartøjet opdagede også 2 solprotonhændelser, hvor strålingsniveauet toppede ved omkring 2, 000 millirad på en dag, og et par andre begivenheder, der kom op til omkring 100 millirad.

Til sammenligning, mennesker i udviklede lande udsættes for (i gennemsnit) 0,62 rads om året. Og mens undersøgelser har vist, at den menneskelige krop kan modstå en dosis på op til 200 rad uden permanent skade, langvarig eksponering for den slags niveauer, der er opdaget på Mars, kan føre til alle former for helbredsproblemer - såsom akut strålesyge, øget risiko for kræft, genetiske skader, og endda døden.

Og i betragtning af at eksponering for enhver mængde stråling medfører en vis grad af risiko, NASA og andre rumorganisationer opretholder en streng ALARA-politik (As-Low-As-Reasonable-Achievable), når de planlægger missioner.

Mulige løsninger:

Menneskelige opdagelsesrejsende til Mars bliver helt sikkert nødt til at håndtere de øgede strålingsniveauer på overfladen. Hvad mere er, ethvert forsøg på at kolonisere den røde planet vil også kræve foranstaltninger for at sikre, at eksponeringen for stråling minimeres. Allerede, flere løsninger – både kortsigtede og langsigtede – er blevet foreslået for at løse dette problem.

For eksempel, NASA opretholder flere satellitter, der studerer solen, rummiljøet i hele solsystemet, og overvåge for galaktiske kosmiske stråler (GCR'er), i håbet om at få en bedre forståelse af sol- og kosmisk stråling. De har også ledt efter måder at udvikle bedre afskærmning for astronauter og elektronik.

I 2014 NASA lancerede Reducing Galactic Cosmic Rays Challenge, en incitamentsbaseret konkurrence, der tildelte i alt $12, 000 til ideer til, hvordan man kan reducere astronauters eksponering for galaktiske kosmiske stråler. Efter den første udfordring i april 2014, en opfølgende udfordring fandt sted i juli, der tildelte en præmie på $30, 000 for ideer, der involverer aktiv og passiv beskyttelse.

Når det kommer til længerevarende ophold og kolonisering, flere flere ideer er blevet fløjet i fortiden. For eksempel, som Robert Zubrin og David Baker forklarede i deres forslag til en lavcastet "Mars Direct"-mission, levesteder bygget direkte ned i jorden ville være naturligt afskærmet mod stråling. Zubrin udvidede dette i sin bog fra 1996 The Case for Mars:The Plan to Settle the Red Planet and Why We Must.

Der er også fremsat forslag om at bygge habitater over jorden ved hjælp af oppustelige moduler indkapslet i keramik skabt ved hjælp af Mars-jord. I lighed med hvad der er blevet foreslået af både NASA og ESA for en løsning på Månen, denne plan vil i høj grad være afhængig af robotter, der bruger 3-D printteknik kendt som "sintring", hvor sand omdannes til et smeltet materiale ved hjælp af røntgenstråler.

MarsOne, non-profit organisationen dedikeret til at kolonisere Mars i de kommende årtier, har også forslag til, hvordan man kan skærme marsbosættere. Løsning af spørgsmålet om stråling, organisationen har foreslået at bygge afskærmning ind i missionens rumfartøj, transit køretøj, og beboelsesmodul. I tilfælde af et soludbrud, hvor denne beskyttelse er utilstrækkelig, de går ind for at skabe et dedikeret strålingsly (placeret i en hul vandtank) inde i deres Mars Transit Habitat.

Men måske det mest radikale forslag til at reducere Mars' eksponering for skadelig stråling involverer at sætte gang i planetens kerne for at genoprette dens magnetosfære. At gøre dette, vi bliver nødt til at gøre planetens ydre kerne flydende, så den igen kan konvektionere omkring den indre kerne. Planetens egen rotation ville begynde at skabe en dynamo-effekt, og et magnetfelt ville blive genereret.

Ifølge Sam Factor, en kandidatstuderende ved Institut for Astronomi ved University of Texas, der er to måder at gøre dette på. Den første ville være at detonere en række termonukleare sprænghoveder nær planetens kerne, mens den anden involverer at køre en elektrisk strøm gennem planeten, producerer modstand i kernen, som ville varme den op.

Ud over, en undersøgelse fra 2008 udført af forskere fra National Institute for Fusion Science (NIFS) i Japan omhandlede muligheden for at skabe et kunstigt magnetfelt omkring Jorden. Efter at have overvejet kontinuerlige målinger, der indikerede et fald i intensiteten på 10 % i de sidste 150 år, de fortsatte med at gå ind for, hvordan en række planetomsluttende superledende ringe kunne kompensere for fremtidige tab.

Med nogle justeringer, et sådant system kunne tilpasses til Mars, skabe et kunstigt magnetfelt, der kan hjælpe med at beskytte overfladen mod noget af den skadelige stråling, den regelmæssigt modtager. I tilfælde af at terraformere forsøger at skabe en atmosfære for Mars, dette system kan også sikre, at det er beskyttet mod solvind.

Til sidst, et studie i 2007 af forskere fra Institut for Mineralogi og Petrologi i Schweiz og Fakultetet for Jord- og Biovidenskab ved Vrije Universitet i Amsterdam formåede at kopiere, hvordan Mars' kerne ser ud. Ved hjælp af et diamantkammer, holdet var i stand til at replikere trykforhold på jern-svovl- og jern-nikkel-svovl-systemer, der svarer til centrum af Mars.

Hvad de fandt var, at ved de forventede temperaturer i Mars-kernen (~1500 K, eller 1227 °C; 2240 °F), den indre kerne ville være flydende, men en vis størkning ville ske i den ydre kerne. Dette er helt anderledes end Jordens kerne, hvor størkningen af ​​den indre kerne frigiver varme, der holder den ydre kerne smeltet, skaber dermed dynamo-effekten, der driver vores magnetfelt.

Fraværet af en solid indre kerne på Mars ville betyde, at den engang flydende ydre kerne må have haft en anden energikilde. Naturligt, denne varmekilde har siden svigtet, får den ydre kerne til at størkne, dermed standsning af enhver dynamo-effekt. Imidlertid, deres forskning viste også, at planetarisk afkøling kunne føre til kernestørkning i fremtiden, enten på grund af jernrige faste stoffer, der synker mod midten eller jernsulfider, der krystalliserer i kernen.

Med andre ord, Mars' kerne kan blive fast en dag, som ville opvarme den ydre kerne og vende den smeltet. Kombineret med planetens egen rotation, dette ville generere dynamo-effekten, der igen ville fyre op for planetens magnetfelt. Hvis dette er sandt, at kolonisere Mars og leve sikkert der kunne være et simpelt spørgsmål om at vente på, at kernen krystalliserer.

Der er ingen vej udenom. På nuværende tidspunkt strålingen på overfladen af ​​Mars er temmelig farlig! Derfor, enhver bemandede mission til planeten i fremtiden skal tage højde for strålingsafskærmning og modforanstaltninger. Og ethvert længerevarende ophold der – i hvert fald i en overskuelig fremtid – skal bygges ned i jorden, eller hærdet mod sol- og kosmiske stråler.

Men du ved, hvad de siger om, at nødvendighed er opfindelsens moder, ret? Og med sådanne koryfæer som Stephen Hawking, der siger, at vi er nødt til at begynde at kolonisere andre verdener for at overleve som art, og folk som Elon Musk og Bas Lansdrop, der ønsker at få det til at ske, vi er sikre på at se nogle meget opfindsomme løsninger i de kommende generationer!