Tödliche Sonne

Sonnenstürme sind in heutigen Raumschiffen ein großes Risiko für die bemannte Raumfahrt

Immer wieder brechen gewaltige Fackeln aus der Sonne hervor und ein Partikelsturm rast durch das Sonnensystem. Die Erde und ihre Bewohner sind durch das Magnetfeld unseres Planeten vor den elektrisch geladenen Teilchen des Sonnenwindes geschützt. Astronauten im Weltraum müssen aber neben der kosmischen Strahlung auch noch mit dieser zusätzlichen Belastung zurecht kommen. Neue Berechnungen zeigen nun, dass ein gewaltiger Sonnensturm wie der von 1859 ein tödliches Risiko für Raumfahrer darstellt.

Unser Zentralgestirn weist immer wieder Flecken auf seiner Oberfläche auf, die durch Magnetfeldschwankungen verursacht werden und kühler sind, wodurch sie dunkler erscheinen. Aus diesen Flecken steigen immer wieder riesige „Flares“ empor, große Fackeln aus ionisiertem Gas, die in den Weltraum geschleudert werden. Die Teilchenströme rasen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 800 Kilometern pro Sekunde auf die Erde zu. Zurzeit leben wir in einer Periode besonders starker Sonnenaktivität (Die Sonne hat den Nachbrenner eingeschaltet), ein besonders intensiver geomagnetischer Sturm, der durch solare Turbulenzen bedingt war, fand aber schon vor fast 150 Jahren statt.

Im September 1859 beobachtete der britische Astronom Richard Carrington einen Sonnensturm (Carrington's Solar Flare), der als solarer Supersturm in die Geschichte einging. Diese Sonneneruption entzündete Polarlichter über Süditalien, Kuba oder Hawaii. Die Telegrafenkabel sowohl in Europa wie Nordamerika wurden kurz geschlossen (Ungewöhnlich starke Sonneneruption beobachtet). Bruce Tsurutani vom Jet Propulsion Laboratory der NASA erläutert, wie es damals dazu kam:

Was im Jahr 1859 passiert ist, war eine Kombination von verschiedenen Ereignissen auf der Sonne, die alle zur selben Zeit stattgefunden haben. Jedes Ereignis für sich selbst wäre nicht besonders erwähnenswert gewesen. Aber zusammen erzeugten sie den stärksten Ausbruch, den die Ionosphäre der Erde in der dokumentierten Geschichte verkraften musste. Was dabei entstanden ist, war ein perfekter Sonnensturm. Mit der Sonneneruption wurde eine massive Wolke magnetisch geladenes Plasma explosionsartig freigesetzt. Diese Teilchen wurden strahlenförmig freigesetzt, so dass nicht alle in Richtung Erde unterwegs waren. Gewöhnlich hätte es drei bis vier Tage gedauert, bis die Erde davon betroffen gewesen wäre, doch in diesem Fall dauerte es nur 17 Stunden und 40 Minuten.

Wenn die hochenergetischen Partikel heute auf die Atmosphäre der Erde einstürmen, fallen im Zweifelsfall Satelliten aus, Computer werden gestört und die Stromversorgung bricht zusammen (Sonnenstürme können PC zum Absturz bringen). Die Astronauten auf der Internationalen Raumstation müssen dann in besonders geschützten Bereichen in Deckung gehen (Krankmachende Sonneneruptionen).

Weltraumwetter und Astronauten

Außerhalb der Erde sind Raumfahrer einer beträchtlichen kosmischen Strahlung ausgesetzt, die ihre Gesundheit beeinträchtigen kann. Das ist ein Grundproblem für die Raumfahrt, denn dadurch sind Astronauten einem erhöhten Krebsrisiko ausgesetzt. Sonnenwinde können dieses Risiko stark erhöhen und wie das Wissenschaftsmagazin New Scientist kürzlich berichtete, könnte ein Ereignis wie 1859 nicht ausreichende geschützte Raumfahrer – zum Beispiel auf dem Mond oder auf einer Mission zum Mars – sogar sofort töten.

Lawrence Townsend von der University of Tennessee und Kollegen haben die Spuren der Sonnenstürme der letzten 500 Jahre untersucht. Sie analysierten die Isotopenverteilung von Beryllium in grönländischem Eis von Grönland, das anhand von Bohrkernen bereits bis zurück ins Jahr 1424 untersucht wurde. Beryllium-10 entsteht, wenn die kosmischen Strahlen in die Erdatmosphäre eintritt und es lagerte sich im ewigen Eis der Pole ab.

Das Team um Townsend kam zu dem Schluss, dass der solare Sturm vor knapp 150 Jahren das heftigste Ereignis dieser Art innerhalb der Epoche war. Die Wissenschaftler rechneten hoch, welche Strahlendosis Astronauten durch einen solchen Flare ausgesetzt wären. Wären die Raumfahrer in einem Schiff unterwegs oder befänden sich auf einer Mondstation, mit nur einigen Zentimetern Außenhaut aus Aluminium als Trennschild zum Weltraum, würden sie sicher die Strahlenkrankheit bekommen und möglicherweise sogar sterben.

Astronauten auf der Internationalen Weltraumstation betrifft die Problematik weniger, da sie teilweise noch innerhalb des Schutzschildes des Magnetfelds der Erde liegt, und zudem durch die genaue Überwachung der Sonnenoberfläche immer genug Zeit für eine Warnung bleibt, damit die Besatzung sich in besonders geschützte Bereiche begeben kann. Konsequenzen ergeben sich vor allem für die Planung längerer Reisen durchs All, z.B. für eine künftige Mars-Mission, mit der momentan alle Raumfahrtagenturen liebäugeln (Moskau hat den Roten Planeten fest im Visier). Das gilt speziell für das Design der Raumschiffe. Lawrence Townsend erklärt:

Aluminium bietet keine gute Abschirmung von Strahlung. Wir suchen nach alternativen Materialien, wie Polyethylenen oder Schäumen aus Kohlenstoff, die mit Wasserstoff imprägniert werden. Ein Worst-Case-Szenario wäre wahrscheinlich zu überleben, wenn andere Materialien als Aluminium eingesetzt werden.