Erdmagnetfeld reicht weiter als gedacht - was das für den Mond heißt

Wann ist der sicherste Moment für Außeneinsätze auf dem Mond? Messdaten zeigen, dass das irdische Magnetfeld eine Art schützenden Strahlenschatten ins All wirft. Für künftige Weltraummissionen erleichtert diese Erkenntnis die Zeitplanung.
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Schutzschild verändert Mondmissionen

Eine Analyse von Langzeitdaten hat eine Anomalie im Weltraum zutage gefördert, die für die bemannte Raumfahrt äußerst relevant ist. Wissenschaftler identifizierten nahe dem Mond einen Bereich mit reduzierter kosmischer Strahlung.

Das widerspricht allerdings der Annahme, dass galaktische kosmische Strahlen zwischen Erde und Mond gleichmäßig verteilt sind. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich der Einflussbereich des Erdmagnetfelds weiter in den Raum erstreckt als bislang vermutet und eine temporäre Schutzzone für Raumfahrer bildet.


Bisher gingen Experten davon aus, dass der Schutz der Magnetosphäre endet, sobald man ihren direkten Einflussbereich verlässt. Die Messwerte zeigen jedoch, dass die Erde hochenergetische Protonen ablenkt und so einen Hohlraum erzeugt, der während des lokalen Mondmorgens auftritt.

Für Vorhaben wie Artemis II der Raumfahrtbehörde NASA ist das eine relevante Information, da kosmische Strahlung eine der größten Gesundheitsgefahren darstellt und DNA-Schäden sowie ein erhöhtes Krebsrisiko verursachen kann. Wie Live Science berichtet, basieren die Erkenntnisse auf Daten der chinesischen Sonde Chang'e-4.

Über 31 Mondzyklen zwischen Januar 2019 und Januar 2022 zeichnete die Sonde die Strahlenwerte auf der Mondrückseite auf, wobei die Forscher Phasen geringer Sonnenaktivität betrachteten. Die Auswertung ergab, dass die Belastung durch niederenergetische Protonen im Bereich von neun bis 34 Megaelektronenvolt morgens um etwa 20 Prozent zurückging.

Sicherer Zeitpunkt für Außeneinsätze

Robert Wimmer-Schweingruber, Professor an der Universität Kiel, war an der Studie beteiligt. Computersimulationen der Teilchenbewegungen bestätigten den Strahlenschatten, der vor allem zwischen Neumond und Vollmond entsteht, wenn die Erde einen Teil der hochenergetischen Teilchen blockiert. Die Daten könnten auch genutzt werden, um künftige Habitate besser zu positionieren. Das Magnetfeld der Erde könnte dabei als dynamischer Schild im All eingesetzt werden.

Um das Gesundheitsrisiko für die Besatzung zu verringern, sollten Aktivitäten auf der Mondoberfläche zeitlich präzise geplant werden:
  • Nutzung der lokalen Morgenstunden für Außeneinsätze.
  • Einplanung des natürlichen Strahlenschutzes in Missionszeitpläne.
  • Fokus auf sichere Regionen bei der Landung.

Weitere Forschungen sollen die Ausdehnung des Hohlraums nun genauer bestimmen.

Hättet ihr vermutet, dass die Erde den Mond so beeinflusst? Schreibt eure Gedanken zur Sicherheit künftiger Missionen in die Kommentare.

Was genau ist die Kavität im All?
Forschende haben mithilfe der chinesischen Mondsonde Chang'e-4 eine Zone zwischen Erde und Mond entdeckt, in der die kosmische Strahlung deutlich geringer ausfällt als erwartet. Diese Region wird als Kavität (englisch: cavity) bezeichnet - ein Bereich, in dem das Magnetfeld der Erde energiereiche Teilchen aus dem All ablenkt, obwohl er weit außerhalb der eigentlichen Magnetosphäre liegt.

Bisher gingen Wissenschaftler davon aus, dass galaktische kosmische Strahlung jenseits der Magnetosphäre gleichmäßig verteilt ist. Die in Science Advances veröffentlichte Studie zeigt jedoch, dass das Erdmagnetfeld offenbar weiter in den Weltraum hineinwirkt als angenommen - bis über die Mondbahn hinaus. Die Strahlungsreduktion in dieser Zone beträgt rund 20 Prozent bei niederenergetischen Protonen.
Wie wurde die Entdeckung gemacht?
Die Daten stammen vom Instrument Lunar Lander Neutron and Dosimetry (LND) an Bord der chinesischen Sonde Chang'e-4, die 2019 als erstes Raumfahrzeug auf der Rückseite des Mondes landete. Über 31 Mondzyklen hinweg - von Januar 2019 bis Januar 2022 - wurden Protonenmessungen in verschiedenen Energiebereichen ausgewertet.

Die Forschenden konzentrierten sich auf ruhige Phasen des Sonnenzyklus, um den Einfluss solarer Ereignisse auszuschließen. Dabei zeigte sich ein wiederkehrendes Muster: Während des lokalen Mondvormittags in der zunehmenden Phase fielen niederenergetische Protonen (9,18 bis 34,14 Megaelektronenvolt) um etwa 20 Prozent. Computersimulationen und ergänzende Daten vom Lunar Reconnaissance Orbiter der NASA bestätigten das Ergebnis.
Was bedeutet das für Astronauten?
Kosmische Strahlung ist eines der größten Gesundheitsrisiken für Astronauten außerhalb des niedrigen Erdorbits. Die hochenergetischen Teilchen durchdringen Raumschiffwände und menschliches Gewebe, schädigen die DNA und erhöhen das Krebsrisiko. Die neu entdeckte Strahlungsreduktion von rund 20 Prozent betrifft vor allem niederenergetische Ionen, die laut Studienautor Robert Wimmer-Schweingruber wesentlich zur Hautdosis beitragen.

Konkret könnte die Entdeckung dazu führen, dass Außeneinsätze auf der Mondoberfläche bevorzugt in den lokalen Morgenstunden geplant werden - also wenige Stunden nach Sonnenaufgang. "Am besten wagen sich Astronauten in den lokalen Morgenstunden auf die Mondoberfläche", so Wimmer-Schweingruber, "genau wie Menschen auf der Erde!"
Warum reicht das Magnetfeld so weit?
Die Erde ist von einer Magnetosphäre umgeben - einer Art magnetischer Blase, die den Planeten vor Sonnenwind und kosmischer Strahlung schützt. Bisher nahm man an, dass dieser Schutz an den Grenzen der Magnetosphäre weitgehend endet. Die neue Studie zeigt jedoch, dass das Magnetfeld auch jenseits dieser Grenze kosmische Teilchen ablenkt.

Besonders überraschend: Der Effekt tritt nicht nur im sogenannten Magnetschweif auf der sonnenabgewandten Seite auf, sondern auch auf der sonnenzugewandten Seite der Erde. "Dieses Ergebnis bedeutet, dass die Magnetosphäre der Erde den Weltraum sogar über ihre eigentliche Ausdehnung hinaus beeinflusst", erklärte Wimmer-Schweingruber. Warum genau das so ist, soll in weiteren Studien untersucht werden.
Was heißt das für Artemis-Missionen?
Das Artemis-Programm der NASA plant, Menschen erstmals seit den Apollo-Missionen wieder auf den Mond zu bringen - Artemis II könnte bereits am 1. April 2025 starten. Künftige Landungen sollen vor allem in den Polarregionen des Mondes stattfinden, die dauerhaft von der Sonne beschienen werden.

Die neue Erkenntnis könnte direkt in die Missionsplanung einfließen: Außenaktivitäten (EVAs) ließen sich so timen, dass Astronauten während der strahlungsärmeren Morgenstunden auf der Oberfläche arbeiten. Philip Metzger von der University of Central Florida betonte, dass solche Erkenntnisse entscheidend seien, um eine dauerhafte menschliche Präsenz auf dem Mond sicher zu gestalten.
Zusammenfassung
  • Chinesische Sonde Chang'e-4 entdeckte einen Strahlenschatten nahe dem Mond
  • Das Magnetfeld der Erde reicht weiter ins All als bisher angenommen wurde
  • Hochenergetische Protonen werden abgelenkt und erzeugen einen Hohlraum
  • Messungen erfolgten über 31 Mondzyklen von Januar 2019 bis Januar 2022
  • Niederenergetische Protonenstrahlung sinkt morgens um etwa 20 Prozent
  • Der Strahlenschatten entsteht primär zwischen Neumond und Vollmond
  • Erkenntnisse sind für künftige NASA-Missionen wie Artemis II relevant

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