Planen Sie eine Reise zum Mars? Nehmen Sie viel Abschirmung. Laut Sensoren des NASA-Raumfahrzeugs ACE (Advanced Composition Explorer) haben galaktische kosmische Strahlen gerade ein Weltraumzeitalter erreicht.
"Im Jahr 2009 sind die Intensitäten der kosmischen Strahlung um 19% höher als in den letzten 50 Jahren", sagt Richard Mewaldt von Caltech. "Der Anstieg ist erheblich und könnte bedeuten, dass wir uns überlegen müssen, wie viel strahlungsabschirmende Astronauten auf Weltraummissionen mitnehmen."
Die Ursache für den Anstieg ist das Sonnenminimum, eine tiefe Flaute in der Sonnenaktivität, die um 2007 begann und bis heute andauert. Forscher wissen seit langem, dass die kosmische Strahlung steigt, wenn die Sonnenaktivität sinkt. Im Moment ist die Sonnenaktivität so schwach wie in der Neuzeit und bereitet die Bühne für das, was Mewaldt „einen perfekten Sturm kosmischer Strahlung“ nennt.
"Wir erleben das tiefste Sonnenminimum seit fast einem Jahrhundert", sagt Dean Pesnell vom Goddard Space Flight Center. "Kein Wunder also, dass die kosmischen Strahlen für das Weltraumzeitalter auf Rekordniveau liegen."
Galaktische kosmische Strahlen kommen von außerhalb des Sonnensystems. Es handelt sich um subatomare Teilchen - hauptsächlich Protonen, aber auch einige schwere Kerne -, die durch entfernte Supernova-Explosionen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden. Kosmische Strahlen verursachen „Luftschauer“ von Sekundärteilchen, wenn sie auf die Erdatmosphäre treffen. Sie stellen ein Gesundheitsrisiko für Astronauten dar. Und ein einzelner kosmischer Strahl kann einen Satelliten deaktivieren, wenn er auf eine unglückliche integrierte Schaltung trifft.
Das Magnetfeld der Sonne ist unsere erste Verteidigungslinie gegen diese hoch geladenen, energetischen Teilchen. Das gesamte Sonnensystem von Merkur bis Pluto und darüber hinaus ist von einer Blase aus Sonnenmagnetismus umgeben, die als „Heliosphäre“ bezeichnet wird. Es entspringt dem inneren magnetischen Dynamo der Sonne und wird vom Sonnenwind zu gigantischen Ausmaßen aufgeblasen. Wenn ein kosmischer Strahl versucht, in das Sonnensystem einzudringen, muss er sich durch die äußeren Schichten der Heliosphäre kämpfen. und wenn es ins Innere kommt, gibt es ein Dickicht von Magnetfeldern, die darauf warten, den Eindringling zu zerstreuen und abzulenken.
„In Zeiten geringer Sonnenaktivität wird diese natürliche Abschirmung geschwächt und mehr kosmische Strahlen können das innere Sonnensystem erreichen“, erklärt Pesnell.
Mewaldt listet drei Aspekte des aktuellen Sonnenminimums auf, die zusammen den perfekten Sturm erzeugen:
(1) Das Magnetfeld der Sonne ist schwach. "Das interplanetare Magnetfeld (IWF) der Sonne ist von typischen Werten von 6 auf 8 nT stark auf nur 4 nanoTesla (nT) gesunken", sagt er. "Dieser rekordtiefe IWF trägt zweifellos zu den rekordhohen kosmischen Strahlenflüssen bei."
(2) Der Sonnenwind lässt nach. "Messungen mit dem Ulysses-Raumschiff zeigen, dass der Sonnenwinddruck auf einem 50-Jahrestief liegt", fährt er fort, "sodass die Magnetblase, die das Sonnensystem schützt, nicht so stark aufgeblasen wird wie gewöhnlich." Eine kleinere Blase gibt kosmischen Strahlen einen kürzeren Schuss in das Sonnensystem. Sobald ein kosmischer Strahl in das Sonnensystem eintritt, muss er gegen den Sonnenwind „stromaufwärts schwimmen“. Die Sonnenwindgeschwindigkeiten sind in den Jahren 2008 und 2009 auf ein sehr niedriges Niveau gesunken, was es für einen kosmischen Strahl einfacher als gewöhnlich macht, fortzufahren.
(3) Das aktuelle Blatt wird abgeflacht. Stellen Sie sich vor, die Sonne trägt einen Ballerina-Rock, der so breit ist wie das gesamte Sonnensystem, und ein elektrischer Strom fließt entlang der Wellenfalten. Dies ist das "heliosphärische Stromblatt", eine riesige Übergangszone, in der sich die Polarität des Magnetfelds der Sonne von Plus (Nord) nach Minus (Süd) ändert. Das aktuelle Blatt ist wichtig, da kosmische Strahlen dazu neigen, von ihren Falten geleitet zu werden. In letzter Zeit hat sich das aktuelle Blatt abgeflacht, wodurch kosmische Strahlen einen direkteren Zugang zum inneren Sonnensystem erhalten.
„Wenn sich die Abflachung wie in früheren Sonnenminima fortsetzt, können wir sehen, dass die Flüsse der kosmischen Strahlung bis zu 30% über die früheren Höhen des Weltraumzeitalters springen“, prognostiziert Mewaldt.
Die Erde ist durch die zusätzlichen kosmischen Strahlen nicht in großer Gefahr. Die Atmosphäre und das Magnetfeld des Planeten bilden zusammen einen beeindruckenden Schutzschild gegen die Weltraumstrahlung und schützen den Menschen an der Oberfläche. In der Tat haben wir Stürme viel schlimmer überstanden. Vor Hunderten von Jahren waren die Flüsse der kosmischen Strahlung mindestens 200% höher als heute. Forscher wissen dies, weil kosmische Strahlen, wenn sie auf die Atmosphäre treffen, das Isotop Beryllium-10 produzieren, das im polaren Eis erhalten bleibt. Durch die Untersuchung von Eisbohrkernen ist es möglich, kosmische Strahlenflüsse vor mehr als tausend Jahren abzuschätzen. Trotz des jüngsten Anstiegs sind die kosmischen Strahlen heute viel schwächer als zuweilen im vergangenen Jahrtausend.
„Das Weltraumzeitalter hat bisher eine Zeit relativ geringer Aktivität der kosmischen Strahlung erlebt“, sagt Mewaldt. "Vielleicht kehren wir jetzt zu den für vergangene Jahrhunderte typischen Niveaus zurück."
Das NASA-Raumschiff wird die Situation weiterhin überwachen, während sich das Sonnenminimum entfaltet. Seien Sie gespannt auf Updates.
