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NASAs Ingenuity-Hubschrauber hat dieses Foto des Sonnenuntergangs auf dem Mars am 22. Februar 2023 während seines 45. Fluges zum Roten Planeten aufgenommen (Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech)

Das Wetter auf dem Mars ist kein willkommener Faktor für zukünftige Expeditionen. Ja, es ist ein rauer, kalter, bedrohlicher Planet. Der Ort ist kein Paradies. Erschwerend kommt hinzu, dass die Astronauten auf dem Mars der Weltraumstrahlung stärker ausgesetzt sein werden als die daheimgebliebenen Erdbewohner. Warum ist das so?

Mars hat keine schützende Magnetosphäre und ist in dünne Luft gehüllt, die nur etwa ein Prozent so dick ist wie die Erdatmosphäre. Diese unangenehme Atmosphäre lässt hochenergetische Strahlung wie Protonen, Ionen, Neutronen und Gammastrahlen eindringen. Die Sonne trägt ihren Teil dazu bei, indem sie intensive Strahlungsstöße ausstößt, die als solare energiereiche Teilchen (SEP) bezeichnet werden.

Forscher der NASA und des NOAA Space Weather Prediction Center in Boulder, Colorado, arbeiten an Strategien für Marsexpeditionen, um mit sonnenspuckenden Sonnenstürmen umzugehen.

Sturmwarnungen

Nicht nur die Besatzungen auf dem Weg von der Erde zum Mars sind beunruhigt, sondern auch die Besatzungen auf der Oberfläche des Roten Planeten, was sie in ihrem Werkzeugkasten haben müssen, um mit einem aufkommenden Sturm fertig zu werden – insbesondere angesichts der Verzögerung, mit der sie von den Missionskontrollteams auf der Erde informiert werden.

„Aufgrund der Verzögerungen bei der Kommunikation zwischen Erde und Mars müssen die Astronauten in der Lage sein, die lokalen Bedingungen des Weltraumwetters auf dem Mars selbständig zu beurteilen“, sagte Gina DiBraccio, stellvertretende Direktorin der Abteilung Planetenforschung im NASA-Hauptquartier.

„Wissenschaftler nutzen derzeit verfügbare Beobachtungen und Modelle, um Werkzeuge zu entwickeln, die eine Rolle bei der Vorwarnung vor etwaigen auf den Mars gerichteten Weltraumwetterbedrohungen spielen werden“, so DiBraccio gegenüber kosmischeweiten.de.

Artist’s illustration eines bemannten Außenpostens auf dem Mars. (Bildnachweis: NASA)

Ankunftszeit

Das Nachdenken über die Strahlungsproblematik auf dem Mars und künftige Aufenthalte von Menschen auf dem Planeten wurde durch ein Ereignis im Mai 2024 noch intensiver.

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Eine starke Sonneneruption hat Röntgen- und Gammastrahlen auf den Mars geschleudert. Ein anschließender koronaler Massenauswurf schleuderte geladene Teilchen auf die ferne Welt und erreichte den Roten Planeten in nur wenigen Minuten, berichtet die NASA.

Die Analysten des Moon to Mars (M2M) Space Weather Analysis Office in der Heliophysics Science Division des Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, hatten ein Auge auf das Ereignis. Sie liefern Echtzeit-Weltraumwetterbeurteilungen zur Unterstützung der bemannten und robotischen NASA-Missionen.

Für Begegnungen mit der Sonnenstrahlung auf dem Mars vor Ort war die NASA-Sonde MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) die einzige Einrichtung, die in der Lage war, die Sonnenaktivität und die Reaktion der dünnen Marsatmosphäre zur gleichen Zeit zu beobachten.

ESCAPADE-Zweiergespann

Aber es gibt gute Nachrichten am Mars-Horizont.

Noch in diesem Jahr sollen sich zu MAVEN zwei Raumsonden gesellen, die in die Marsumlaufbahn gebracht werden sollen. Rocket Lab hat die Escape und Plasma Acceleration and Dynamics Explorers gebaut. Das ist eine Abkürzung für ESCAPADE, eine Mission, die vom Space Science Laboratory der University of California Berkeley und der NASA durchgeführt wird.

Dieses ESCAPADE-Duo, das mit dem Jungfernflug der Rakete New Glenn von Blue Origin zum Mars geschickt wird, wird vom Roten Planeten aus wichtige wissenschaftliche Erkenntnisse liefern und die Heliophysik-Flotte erweitern, die in der Lage ist, die Auswirkungen der einfallenden Strahlung auf den Mars zu überwachen.

Beunruhigender Anlass

Der jüngste Strahlungsstoß auf der Marsoberfläche war der größte, der von einem Radiation Assessment Detector (RAD) aufgezeichnet wurde. Dieses Gerät ist auf dem NASA-Marsrover Curiosity montiert, der vor 12 Jahren auf dem Planeten gelandet ist.

Außerdem können spontane SEPs, die während Sonnenstürmen von der Sonne ausgestrahlt werden, das Strahlungsfeld der Marsoberfläche auf kurzen Zeitskalen von Stunden bis Tagen dominieren.

Don Hassler ist der leitende Forscher des RAD am Southwest Research Institute in Boulder. Er erklärt, dass die Strahlungsumgebung auf der Marsoberfläche hauptsächlich aus der galaktischen kosmischen Strahlung und ihren Sekundärteilchen besteht, die durch Wechselwirkungen in der Atmosphäre oder im Boden entstehen.

Außerdem können spontane SEPs, die während Sonnenstürmen von der Sonne emittiert werden, das Strahlungsfeld der Marsoberfläche auf kurzen Zeitskalen von Stunden bis Tagen dominieren.

„Der Schutz künftiger menschlicher Astronauten vor dieser Strahlung ist nach wie vor eine der größten Herausforderungen bei der Erforschung des Mars“, erklärten Hassler und seine RAD-Forscherkollegen auf einem Weltraumwetter-Workshop, der im vergangenen April in Boulder stattfand.

Observationslücken

Im Hinblick auf die Echtzeitvorhersage und -modellierung des Weltraumwetters auf dem Roten Planeten gibt es Datenlücken. Diese Informationslücken werden größtenteils durch Beobachtungslücken verursacht, die die Modelle beeinflussen, sagte James Favors, Direktor für Weltraumwetter der NASA.

„Wir haben zum Beispiel keine Beobachtungen vom Sonne-Mars-Lagrange-Punkt 1 oder von der erdabgewandten Seite der Sonne – und es fehlt an maßgeschneiderten Modellen, um den solaren Einfluss auf die einzigartige Marsumgebung genau vorherzusagen“, so Favors gegenüber kosmischeweiten.de.

Favors weist darauf hin, dass noch viel Arbeit nötig ist, um eine erdunabhängige Weltraumwetterkapazität zu schaffen.

„Die Herausforderung aus der Perspektive des Weltraumwetters auf dem Mars liegt zum Teil in der begrenzten Kommunikationsinfrastruktur“, so Favors.

„Zu den meisten Zeitpunkten des Marsjahres“, so Favors, „würde es einfach zu lange dauern, die notwendigen Daten vom Mars zur Erde zu übertragen, die Modelle laufen zu lassen und die Modellergebnisse rechtzeitig an die Marsbesatzung zurückzusenden, damit diese entsprechende Maßnahmen ergreifen kann.“

Favors sagte, dass ein Szenario für künftige bemannte Marsmissionen darin bestünde, dass die erforderlichen Beobachtungs- und Modellierungsfähigkeiten Teil der Architektur des Besatzungsfahrzeugs wären.

„Auf diese Weise könnte der Prozess der Erstellung einer umsetzbaren Weltraumwettervorhersage völlig unabhängig von der Erde erfolgen“, so Favors.