Künstlerillustration eines elektromagnetischen Schildes, der Astronauten schützen könnte. Bildnachweis: Hubble. Klicken um zu vergrößern.
Entgegengesetzte Ladungen ziehen an. Wie Ladungen abstoßen. Es ist die erste Lektion des Elektromagnetismus und könnte eines Tages das Leben von Astronauten retten.
Die Vision der NASA zur Erforschung des Weltraums fordert eine Rückkehr zum Mond als Vorbereitung auf noch längere Reisen zum Mars und darüber hinaus. Aber es gibt einen potenziellen Showstopper: Strahlung.
Der Weltraum jenseits der erdnahen Umlaufbahn ist von intensiver Sonnenstrahlung und tiefen galaktischen Quellen wie Supernovae überflutet. Astronauten auf dem Weg zum Mond und zum Mars werden dieser Strahlung ausgesetzt sein, was ihr Risiko erhöht, an Krebs und anderen Krankheiten zu erkranken. Es ist wichtig, einen guten Schild zu finden.
Der häufigste Weg, mit Strahlung umzugehen, besteht darin, sie einfach physisch zu blockieren, wie es der dicke Beton um einen Kernreaktor tut. Raumschiffe aus Beton herzustellen ist jedoch keine Option. (Interessanterweise könnte es möglich sein, eine Mondbasis aus einer Betonmischung aus Mondstaub und Wasser zu bauen, wenn Wasser auf dem Mond gefunden werden kann, aber das ist eine andere Geschichte.) Wissenschaftler der NASA untersuchen viele strahlungsblockierende Materialien wie Aluminium und fortschrittliche Kunststoffe und flüssiger Wasserstoff. Jeder hat seine eigenen Vor- und Nachteile.
Das sind alles physikalische Lösungen. Es gibt eine andere Möglichkeit, eine ohne physikalische Substanz, aber mit viel Abschirmkraft: ein Kraftfeld.
Der größte Teil der gefährlichen Strahlung im Weltraum besteht aus elektrisch geladenen Teilchen: Hochgeschwindigkeitselektronen und Protonen der Sonne und massiven, positiv geladenen Atomkernen aus entfernten Supernovae.
Wie Ladungen abstoßen. Warum also nicht Astronauten schützen, indem Sie sie mit einem starken elektrischen Feld umgeben, das die gleiche Ladung wie die einfallende Strahlung hat und so die Strahlung ablenkt?
Viele Experten sind skeptisch, dass elektrische Felder zum Schutz von Astronauten erzeugt werden können. Charles Buhler und John Lane, beide Wissenschaftler der ASRC Aerospace Corporation am Kennedy Space Center der NASA, glauben jedoch, dass dies möglich ist. Sie wurden vom NASA Institute for Advanced Concepts unterstützt, dessen Aufgabe es ist, Studien zu weit entfernten Ideen zu finanzieren, um die Möglichkeit elektrischer Abschirmungen für Mondbasen zu untersuchen.
„Die Verwendung elektrischer Felder zur Abwehr von Strahlung war eine der ersten Ideen in den 1950er Jahren, als Wissenschaftler begannen, sich mit dem Problem des Schutzes von Astronauten vor Strahlung zu befassen“, sagt Bühler. "Sie ließen die Idee jedoch schnell fallen, da es den Anschein hatte, als würden die erforderlichen hohen Spannungen und die umständlichen Konstruktionen, die sie für notwendig hielten (zum Beispiel das Einsetzen der Astronauten in zwei konzentrische Metallkugeln), eine solche elektrische Abschirmung unpraktisch machen."
Der Ansatz von Bühler und Lane ist unterschiedlich. In ihrem Konzept hätte eine Mondbasis ein halbes Dutzend aufblasbare, leitfähige Kugeln mit einem Durchmesser von etwa 5 Metern über der Basis. Die Kugeln würden dann auf ein sehr hohes statisch-elektrisches Potential aufgeladen: 100 Megavolt oder mehr. Diese Spannung ist sehr groß, aber da sehr wenig Strom fließen würde (die Ladung würde statisch auf den Kugeln sitzen), würde nicht viel Energie benötigt, um die Ladung aufrechtzuerhalten.
Die Kugeln würden aus einem dünnen, starken Stoff bestehen (wie Vectran, der für die Landeballons verwendet wurde, die den Aufprall für die Mars Exploration Rovers abfederten) und mit einer sehr dünnen Schicht eines Leiters wie Gold beschichtet. Die Stoffkugeln könnten zum Transport zusammengeklappt und dann durch einfaches Laden mit elektrischer Ladung aufgeblasen werden; Die gleichen Ladungen der Elektronen in der Goldschicht stoßen sich gegenseitig ab und zwingen die Kugel, sich nach außen auszudehnen.
Wenn Sie die Kugeln weit über sich platzieren, wird die Gefahr verringert, dass Astronauten sie berühren. Durch sorgfältige Auswahl der Anordnung der Kugeln können Wissenschaftler ihre Wirksamkeit bei der Abwehr von Strahlung maximieren und gleichzeitig die Auswirkungen auf Astronauten und Ausrüstung am Boden minimieren. In einigen Konstruktionen ist das elektrische Nettofeld in Bodennähe tatsächlich Null, wodurch potenzielle Gesundheitsrisiken durch diese starken elektrischen Felder gemindert werden.
Bühler und Lane suchen immer noch nach der besten Anordnung: Ein Teil der Herausforderung besteht darin, dass Strahlung sowohl als positiv als auch als negativ geladene Teilchen auftritt. Die Kugeln müssen so angeordnet sein, dass das elektrische Feld beispielsweise weit über der Basis negativ ist (um negative Partikel abzuwehren) und näher am Boden positiv ist (um die positiven Partikel abzustoßen). "Wir haben bereits drei Geometrien simuliert, die funktionieren könnten", sagt Bühler.
Tragbare Designs könnten sogar auf Mondrovern mit Mondbuggy montiert werden, um Astronauten beim Erkunden der Oberfläche Schutz zu bieten, stellt sich Bühler vor.
Es klingt wunderbar, aber es gibt viele wissenschaftliche und technische Probleme, die noch gelöst werden müssen. Zum Beispiel stellen Skeptiker fest, dass ein elektrostatischer Schild auf dem Mond durch schwimmenden Mondstaub, der selbst durch ultraviolette Sonnenstrahlung aufgeladen wird, kurzgeschlossen werden kann. Sonnenwind, der über den Schild weht, kann ebenfalls Probleme verursachen. Elektronen und Protonen im Wind könnten durch das Labyrinth der Kräfte, aus denen der Schild besteht, gefangen werden und zu starken und unbeabsichtigten elektrischen Strömen direkt über den Köpfen der Astronauten führen.
Die Forschung ist noch vorläufig, betont Bühler. Mondstaub, Sonnenwind und andere Probleme werden noch untersucht. Es kann sein, dass eine andere Art von Abschirmung besser funktioniert, beispielsweise ein supraleitendes Magnetfeld. Diese wilden Ideen müssen sich noch klären.
Aber wer weiß, vielleicht werden Astronauten auf dem Mond und dem Mars eines Tages sicher arbeiten, geschützt durch ein einfaches Prinzip des Elektromagnetismus, das selbst ein Kind verstehen kann.
Originalquelle: [E-Mail geschützt]
