Mennesker oplever 200 gange mere stråling stående på månen end stående på jorden

31. januar, 2021, vil markere 50 år siden lanceringen af ​​Apollo 14. Denne historiske mission var den første til at udsende et farve-tv-signal fra månens overflade og markerede den heroiske tilbagevenden til rummet for Amerikas første astronaut, Alan Shepard, som berømt slog to golfbolde ud af måneregolitten. Mens betydningen af ​​Apollo 14 og Apollo-programmet generelt ikke kan overvurderes, Shepard tilbragte kun to dage på månens overflade. Rekorden for den længste menneskelige tilstedeværelse på månen, indehaves af Eugene Cernan og Harrison Schmitt, er lidt over tre dage. Alle Apollo-astronauterne blev udsat for høje niveauer af stråling på månens overflade, men med så relativt korte ophold, at risikoen blev anset for acceptabel.

Med NASAs Artemis-program til hensigt at starte en æra med langsigtet menneskelig beboelse på månen, længerevarende udsættelse for intens stråling udgør en alvorlig trussel mod fremtidige astronauters sundhed og velvære. Et af de første skridt til at afbøde farerne er at udvikle en mængde data, der præcist beskriver niveauet og arten af ​​strålingen. Forskning offentliggjort i september baseret på data indsamlet fra Lunar Lander Neutrons and Dosimetry-eksperimentet ombord på den kinesiske robot-månelander Chang'E 4 afslører langtidsmåling af strålingsniveauer på månens overflade. Dette er første gang udvidede målinger af strålingsniveauer på månen er blevet indsamlet og vil hjælpe med at informere om design og afskærmning af fremtidige månens levesteder.

Det har altid været klart, at betydelig afskærmning fra rumstråling ville være nødvendig for at beskytte månens langtidsbeboere mod skadelige sundhedseffekter. Et vigtigt skridt i udformningen af ​​sådanne strukturer er at have en dybdegående forståelse af, præcis hvilket niveau af strålingstrussel, der er til stede. Dataene og tilhørende forskning fra Chang'E 4 giver hidtil uset indsigt i naturen af ​​rumstrålingsmiljøet på månen. Aflæsningerne fra rumfartøjet kan bruges til at bestemme den ækvivalente dosishastighed, et biologisk vægtet mål for strålingsdosis over tid. Dette giver et resultat på 60 mikrosievert i timen. Dette er mere end dobbelt så meget strålingsniveau som astronauter ombord på ISS står over for, fem til ti gange mere end strålingen på langdistanceflyvninger, og 200 gange større end strålingen på Jordens overflade.

Der er to primære strålingskilder, som fremtidige månebeboere skal kæmpe med. Først, der er galaktiske kosmiske stråler eller GCR'er. Disse består for det meste af ladede partikler såsom protoner og nøgne heliumkerner, med omkring 1% af GCR'er, der består af kerner af tungere grundstoffer. Da skaden forårsaget af ladede partikler skaleres med kvadratet af kerneladningen, disse tungere elementer kan forårsage uforholdsmæssig stor skade på menneskeligt væv. Denne stråling kommer fra millioner af kilder spredt over hele himlen og er meget konsistent i sit niveau.

Den anden strålingstrussel er solpartikelhændelser eller SPE'er. Som navnet antyder, disse er resultatet af sporadiske begivenheder på solen, såsom koronale masseudstødninger (CME'er) eller soludbrud. Stråling fra SPE'er er meget mindre forudsigelig end GCR'er, men kan være så ødelæggende, at den forårsager akut vævsskade fra en enkelt hændelse eller eksponering.

Ikke kun er SPE'er en fare for fremtidige månebeboere, men de kan også påvirke livet på Jorden. Den geomagnetiske storm i 1989 og tilhørende strømafbrydelse, der efterlod millioner i Quebec og det nordøstlige USA uden elektricitet, er et særligt bemærkelsesværdigt eksempel på indvirkningen af ​​soludbrud på menneskeheden. Heldigvis, Jordens stærke magnetfelt beskytter os mod langt de fleste skadelige ladede partikler, der strømmer mod os fra solen. Dette er ikke tilfældet for månen, som mangler magnetfelt og atmosfære, efterlader nogen på overfladen udsat for den fulde styrke af indkommende rumstråling.

Selvom GCR'er ikke har de farlige spidser i intensitet, der ses i SPE'er, kronisk eksponering for sådan ioniserende stråling er blevet forbundet med degenerativ sygdom i centralnervesystemet, grå stær og kræft. Korrekt beskyttelse mod begge strålingskilder er afgørende for astronauter for at undgå alvorlige eller endda katastrofale sundhedsmæssige konsekvenser fra måneekspeditioner.

Den tredje kilde til farlige subatomære partikler på månens overflade er, overraskende, selve månen. Det kan være let at afvise månens i det væsentlige inerte sten og støv som ikke-truende, men det ville være en frygtelig forglemmelse. Da ekstern stråling fra galaktiske kilder og solen kolliderer med atomerne i månens jord, neutroner og gammastråler kan frigives og forårsage deres eget vævsskader. Halveringstiden for en fri neutron er lidt over 10 minutter, så disse ustabile partikler må stamme fra nukleare reaktioner på månens overflade, da de ikke kunne overleve de lange rejsetider fra fjerne rumkilder.

Det er klart, at betydelig afskærmning fra denne stråling skal være til stede, for at mennesker kan overleve på månen. At bygge boligkvarterer beskyttet af tykke lag af månesten ser ud til at være den mest sandsynlige løsning på problemet med rumstråling på månen. En særlig overbevisende mulighed er konstruktionen af ​​opholdsrum i månehuler. Stor, gammel, hule lavarør, der er tilbage fra månevulkanismen for milliarder af år siden, er kendt for at eksistere på månen, nogle med åbninger til overfladen, der ligner cenoterne i Mexico. Til dels takket være forskningen i Chang'E 4, vi kan finde de mest avancerede menneskelige udforskninger i historien, der tager ly i huler i en anden verden, på samme måde som vores gamle forfædre beskyttede i jordiske huler tusinder af år tidligere.