Beskyttelse af Artemis og måneforskere mod rumstråling

Artemis I-missionen, der skal lanceres den 29. august, vil markere et væsentligt skridt i menneskehedens tilbagevenden til månen.

Selvom der ikke er nogen menneskelige passagerer ombord på denne testflyvning, vil fremtidige missioner igen kaste rumfarere ud over de beskyttende miljøer i Jordens atmosfære og magnetfelt og ind i riget af uhindret rumstråling.

Astronauter klarer stormen

Mens soludbrud og små til mellemstore koronale masseudstødninger er foruroligende spektakulære, er det usandsynligt, at disse fænomener alene udgør den store risiko for Artemis I eller fremtidige bemandede månemissioner.

"Solargetiske partikelhændelser" er dem, man skal holde øje med. De opstår, når partikler, der udsendes af solen - for det meste protoner, men også nogle ioniserede atomer som helium - accelereres, accelereres til næsten relativistiske hastigheder. Det er disse højenergipartikler skudt gennem rummet, der kan påvirke et rumfartøj og dets besætning.

Solpartikelhændelser er forbundet med særligt store soludbrud og koronale masseudslip, da det er disse udbrud, der kan forårsage chokbølger, der skubber solpartikler til farlige hastigheder.

Når det kommer til Artemis-missionerne, ville meget af strålingen fra en partikelhændelse blive blokeret af rumkapslens vægge – Orion og dets europæiske servicemodul blev designet til at sikre pålideligheden af ​​væsentlige systemer under strålingsbegivenheder.

Men begivenheden kan forstyrre kommunikationen mellem besætningen og holdene på Jorden, og astronauterne kan blive nødt til at søge tilflugt i et midlertidigt stormly, som det skete på rumstationen i september 2017.

Alligevel var rumstationen stadig godt inden for beskyttelsen af ​​Jordens "magnetosfære" - en beskyttende boble af magnetfelt, som månen ikke har.

"At forlade magnetosfæren er som at forlade en sikker havn og vove sig ud i det åbne hav," siger Melanie Heil, segmentkoordinator for ESA's Space Weather Office.

"Strålingseksponering for astronauter på månen kan være en størrelsesorden højere end på rumstationen og flere størrelsesordener højere end på Jordens overflade. Fremtidige astronauter vil stå over for højere risici fra solpartikelhændelser:det er meget vigtigt, at vi studerer strålingsmiljø ud over magnetosfæren og forbedre vores evne til at forudsige og forberede sig på solstorme."

Near miss:Sommeren '72

For præcis 50 år siden i august 1972 forårsagede en række kraftige solstorme, inklusive betydelige solpartikelhændelser, udbredt forstyrrelse af satellitter og jordbaserede kommunikationssystemer på Jorden.

Stormene fandt sted midt under NASAs Apollo 16 og Apollo 17 månemissioner, med kun et par måneder på hver side. Heldigvis var der ingen menneskelige opdagelsesrejsende uden for Jordens beskyttende magnetfelt på det tidspunkt. Havde de stødt på disse storme inde fra kommandomodulet, menes det, at den leverede strålingsdosis ville have forårsaget akut stråleforgiftning. For en astronaut på en rumvandring kan det være dødeligt.

"Plidelige rumvejrtjenester er en nødvendighed for udforskning og langsigtet beboelse af månen," siger Juha-Pekka Luntama, ESA's chef for rumvejr.

"En begivenhed på 1972-niveau vil ske igen, og hvis vi ikke er på vagt, kan vi have astronauter i rummet og uden for beskyttelsen af ​​Jordens magnetfelt, når det sker."

Måling af stråling ved månen

Indtil nu har vi mest været optaget af rumvejrets indvirkning på Jordens infrastruktur – elnet, kommunikationssystemer, satellitter i kredsløb om jorden og astronauter på rumstationen.

ESA's Space Weather Service Network er spredt over hele Europa, hvor eksperter behandler data fra en lang række strålingsdetektorer ombord på satellitter i kredsløb og sensorer på Jorden.

Med dette leverer de information og tjenester til en række "brugere" fra satellit-, fly- og elnetoperatører til nordlysjægere. Netværket vil fortsætte med at levere sine tjenester under Artemis I-flyvningen og rapportere enhver væsentlig rumvejrhændelse, forudsagt eller kommende.

Men for langsigtet menneskelig aktivitet på månen er vi nødt til at overvåge månens strålingsmiljø direkte.

Strålingsforskning vil være et stort fokus på Artemis I-testflyvningen. Orion-kapslen vil bære strålingsmonitorer fra NASA og ESA samt et væld af mannequiner og CubeSats designet til at hjælpe os med bedre at forstå strålingsmiljøet på vej til månen og dets indvirkning på menneskers sundhed.

ESA arbejder også på European Radiation Sensor Array (ERSA)-projektet – en række enheder, der vil levere strålingsovervågning i realtid om bord på den fremtidige bemandede måne Gateway-rumstation.

Kombination af strålingsmålinger udefra og inde i bemandede rum ville give forskere mulighed for at se, hvor meget stråling "lækker" ind, og mere præcist forudsige risikoen for astronauter ved månen, når en rumvejrhændelse detekteres.

ESA-forskere undersøger også muligheden for at inkludere strålingsinstrumenter på andre ubemandede månekredsløb, såsom Lunar Pathfinder og fremtidige månens telekommunikationssatellitnetværk.

Ser ind i fremtiden

Vores stjerne kan være uforudsigelig og temperamentsfuld, men når 'aktive områder' dukker op på soloverfladen, har de en tendens til at forblive der fra dage til flere uger. Hvis vi kunne overvåge disse områder, selv før de roterer til Jorden, kunne vi forbedre vores prognoser for rumvejr omkring Jorden og månen.

Tidlig observation af aktive områder på solskiven – hvorfra blus og masseudslip bryder ud – er et af hovedmålene for ESA's kommende Vigil-mission. Vigil, som er målrettet til opsendelse i 2029, vil begive sig til det 5. lagrangiske punkt (L5), en unik position i rummet, der vil give den mulighed for at se 'siden' af solen, før den roterer til syne fra Jorden.

Med Vigil forventes forhåndsadvarsler for potentielt farlige rumvejrhændelser at være mulige flere dage, før de er i stand til at bringe astronauters helbred i fare i rummet eller infrastrukturen på og omkring Jorden. Dette ville være særligt nyttig information for sårbare måneforskere og til planlægning af højrisikoaktiviteter såsom EVA'er. + Udforsk yderligere

Samarbejde:NASAs netværk styrker Artemis I