Wetenschappers bereiden zich voor op zonnestormen op Mars

De zon zal dit jaar het meest actief zijn, wat een zeldzame gelegenheid biedt om te bestuderen hoe zonnestormen en straling toekomstige astronauten op de Rode Planeet zullen beïnvloeden.

In de komende maanden zullen er twee van NASA'S Mars Ruimtevaartuigen zullen een ongekende kans krijgen om te bestuderen hoe zonnevlammen – gigantische explosies op het oppervlak van de zon – toekomstige robots en astronauten op de Rode Planeet beïnvloeden.

Dit komt omdat de zon een periode van piekactiviteit ingaat, het zonnemaximum, iets dat ongeveer elke elf jaar plaatsvindt. Tijdens het zonnemaximum is de zon bijzonder gevoelig voor vurige uitbarstingen in verschillende vormen, waaronder… Zonnevlammen En Coronale massa-ejectie – Waardoor straling diep in de ruimte vrijkomt. Wanneer een reeks van deze zonnegebeurtenissen uitbarsten, wordt dit een zonnestorm genoemd.

Ontdek hoe NASA's MAVEN-rover en de Curiosity-rover van het bureau zonnevlammen en straling op Mars bestuderen tijdens het zonnemaximum – de periode waarin de zon het meest actief is. Krediet: NASA/Laboratorium voor straalaandrijving– Caltech/GSFC/SDO/MSSS/Universiteit van Colorado

Het magnetische veld van de aarde beschermt onze thuisplaneet grotendeels tegen de gevolgen van deze stormen. Maar Mars verloor zijn mondiale magnetische veld al lang geleden, waardoor de Rode Planeet kwetsbaarder werd voor energetische deeltjes van de zon. Hoe intens is de zonneactiviteit op Mars? Onderzoekers hopen dat het huidige zonnemaximum hen de kans zal geven daar achter te komen. Voordat mensen daarheen worden gestuurd, moeten ruimtevaartorganisaties, naast vele andere details, bepalen welk soort stralingsbescherming de astronauten nodig zullen hebben.

“Voor mensen en Marsbewoners hebben we geen goed inzicht in de impact van straling tijdens zonneactiviteit”, zegt Shannon Curry van het Laboratorium voor Atmosferische en Ruimtefysica aan de Universiteit van Colorado Boulder. Curry is de hoofdonderzoeker van NASA's MAVEN-orbiter (Mars Atmospheric and Volatile Evolution), beheerd door NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. “Eigenlijk zou ik dit jaar graag een ‘groot evenement’ op Mars willen zien – een groot evenement dat we kunnen bestuderen om de zonnestraling beter te begrijpen voordat astronauten naar Mars gaan.”

De stralingsbeoordelingsdetector op NASA's Curiosity-rover is gemarkeerd in dit geannoteerde Mastcam-beeld van de rover. RAD-wetenschappers zijn enthousiast om het instrument te gebruiken om de straling op Mars tijdens het zonnemaximum te bestuderen. Afbeeldingsbron: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Meet hoogte en val

MAVEN bewaakt straling, zonnedeeltjes en meer van boven het oppervlak van Mars. De dunne atmosfeer van een planeet kan de dichtheid van moleculen beïnvloeden tegen de tijd dat ze het oppervlak bereiken, en dat is waar NASA's Curiosity-ruimtevaartuig een rol speelt. Gegevens van Curiosity's stralingsevaluatiedetector, of RadHet heeft wetenschappers geholpen te begrijpen hoe straling koolstofmoleculen aan het oppervlak afbreekt, een proces dat van invloed zou kunnen zijn op de vraag of tekenen van oud microbieel leven daar bewaard blijven. De tool gaf NASA ook een idee van hoeveel bescherming astronauten konden verwachten tegen straling door ter bescherming grotten, lavabuizen of rotswanden te gebruiken.

Wanneer er zich een zonnegebeurtenis voordoet, kijken wetenschappers naar de hoeveelheid zonnedeeltjes en hoe actief ze zijn.

Het concept van deze kunstenaar toont de atmosfeer van Mars en NASA's MAVEN-ruimtevaartuig nabij Mars. Krediet: NASA/GSFC

“Je zou 1 miljoen deeltjes met lage energie kunnen hebben of 10 deeltjes met zeer hoge energie”, zegt RAD-hoofdonderzoeker Don Hasler van het kantoor van het Southwest Research Institute in Boulder, Colorado. “Hoewel de MAVEN-instrumenten gevoeliger zijn voor instrumenten met lagere energie, is RAD het enige instrument dat instrumenten met hoge energie kan zien die de atmosfeer naar de oppervlakte kunnen oversteken, waar de astronauten zich zullen bevinden.”

Wanneer MAVEN een grote zonnevlam detecteert, vertelt het orbiterteam het Curiosity-team hiervan op de hoogte te zijn, zodat ze veranderingen in de RAD-gegevens kunnen volgen. De twee missies kunnen ook een tijdreeks samenstellen die veranderingen tot een halve seconde meet wanneer deeltjes de atmosfeer van Mars bereiken, ermee interacteren en uiteindelijk het oppervlak raken.

De MAVEN-missie zorgt ook voor een systeem voor vroegtijdige waarschuwing dat andere Mars-ruimtevaartuigteams laat weten wanneer het stralingsniveau begint te stijgen. Met het waarschuwingssysteem kunnen missies apparaten uitschakelen die mogelijk kwetsbaar zijn voor zonnevlammen, die de elektronica en radiocommunicatie kunnen verstoren.

Verloren water

Naast het helpen om astronauten en ruimtevaartuigen veilig te houden, zou het bestuderen van het zonnemaximum ook inzicht kunnen verschaffen in waarom Mars miljarden jaren geleden veranderde van een warme, natte, aardachtige wereld naar een bevroren woestijn van vandaag.

De planeet bevindt zich op een punt in zijn baan waarop hij het dichtst bij de zon staat, waardoor de atmosfeer wordt verwarmd. Dit kan opstijgende stofstormen veroorzaken die het oppervlak bedekken. Soms smelten de stormen samen en worden ze mondiaal (zie onderstaande afbeelding).

Mars voor en na de stofstorm: Side-by-side films laten zien hoe de wereldwijde stofstorm van 2018 de rode planeet bedekte, dankzij de Mars Color Imager (MARCI) camera aan boord van NASA's Mars Reconnaissance Orbiter. Deze wereldwijde stofstorm zorgde ervoor dat NASA's ruimtevaartuig het contact met de aarde verloor. Bron afbeelding: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Hoewel er op Mars weinig water over is – vooral ijs onder het oppervlak en aan de polen – circuleert een deel ervan nog steeds als damp in de atmosfeer. Wetenschappers vragen zich af of mondiale stofstormen helpen deze waterdamp naar buiten te duwen, waardoor deze hoog boven de planeet komt te staan, waar de atmosfeer wordt weggenomen tijdens zonnestormen. Eén theorie is dat dit proces, dat zich in de loop van de eeuwen vaak genoeg heeft herhaald, zou kunnen verklaren hoe Mars van meren en rivieren veranderde naar een vrijwel waterloos bestaan.

Als er tegelijkertijd met een zonnestorm een ​​mondiale stofstorm zou plaatsvinden, zou dit een gelegenheid bieden om deze theorie te testen. Wetenschappers zijn bijzonder opgewonden omdat dit zonnemaximum plaatsvindt aan het begin van het stoffste seizoen van Mars, maar ze weten ook dat een mondiale stofstorm zeldzaam is.

Meer over missies

NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, beheert de MAVEN-missie. Lockheed Martin Space heeft het ruimtevaartuig gebouwd en is verantwoordelijk voor de missieoperaties. JPL biedt ondersteuning voor navigatie en deep space-netwerken. Het Laboratorium voor Atmosferische en Ruimtefysica aan de Universiteit van Colorado Boulder is verantwoordelijk voor het beheer van wetenschappelijke operaties, publieksbereik en communicatie.

Curiosity is gebouwd door het Jet Propulsion Laboratory van NASA, dat wordt beheerd door het California Institute of Technology in Pasadena, Californië. JPL leidt de missie namens het Directoraat Wetenschapsmissies van NASA in Washington. Het RAD-onderzoek wordt ondersteund door NASA's Heliophysics Division als onderdeel van NASA's Heliophysics System Observatory (HSO).