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Strahlenbelastung bei Weltraummissionen Strahlendosis: Ein Tag auf dem Mond ist wie drei Jahre in Köln

| Autor / Redakteur: Claudia Eulitz* / Christian Lüttmann

Ein Spaziergang auf dem Mond ist sicherlich ein Erlebnis – aber nicht ungefährlich. Allein die Belastung durch kosmische Strahlung ist immens. Welchen Strahlendosen Astronauten dort genau ausgesetzt sind, hat nun erstmals ein Team der Universität zu Kiel untersucht. Ihr Ergebnis: Die Raumfahrer erwartet 200 bis 1000 Mal mehr Strahlung als auf der Erde.

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Die Chang’e-4 Mondlandesonde aufgenommen vom Rover Yutu-2. Das Kieler Messgerät befindet sich links hinter der Antenne, angezeigt durch den roten Pfeil.
Die Chang’e-4 Mondlandesonde aufgenommen vom Rover Yutu-2. Das Kieler Messgerät befindet sich links hinter der Antenne, angezeigt durch den roten Pfeil.
(Bild: CNSA/CLEP)

Kiel – Einmal wie Buzz Aldrin über den Mond spazieren? Tatsächlich ist die letzte bemannte Landung auf dem Mond fast 50 Jahre her: Eugene Cernan und Harrison Schmitt waren 1972 die letzten Menschen auf dem Mond. Bevor in den kommenden Jahren eine neue Generation von Astronautinnen und Astronauten in ihre Fußstapfen tritt, untersuchen Wissenschaftler noch einmal genau, welchen Gefahren dort oben lauern.

Dabei ist nicht nur der Flug an sich ein Risiko, auch der Aufenthalt auf dem unwirtlichen Erdtrabanten birgt Gefahren. So ist die Weltraumstrahlung dort ein erhebliches Risiko für die Gesundheit. Die Apollo-Astronauten trugen damals deshalb so genannte Dosimeter mit sich, welche die Strahlenbelastung allerdnings nur rudimentär maßen. Nun hat ein Team von chinesischen und deutschen Wissenschaftlern eine verbesserte Methode getestet und stellt nun die ersten zeitlich aufgelösten Messungen der Strahlung auf dem Mond in einer Studie vor.

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Strahlenbelastung auf dem Mond messen

Technische Grundlage für die Strahlungsmessungen auf dem Mond war das „Lunar Lander Neutron and Dosimetry“ (LND), das an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) entwickelt und gebaut wurde. An Bord der chinesischen Mondlandesonde Chang’e-4 landete diese Sensorbox am 3. Januar 2019 auf der Rückseite des Mondes. Das Kieler Gerät misst seitdem jeweils „tagsüber“ und bleibt, wie alle anderen wissenschaftlichen Geräte, während der sehr kalten und fast zwei Wochen dauernden Mondnacht ausgeschaltet, um Energie zu sparen. Gerät und Lander sollten mindestens ein Jahr lang messen und haben dieses Ziel nun bereits übertroffen. Die Daten des Gerätes und des Landers werden über den Relaissatelliten Queqiao, der sich hinter dem Mond befindet, zur Erde übertragen.

Die Messungen des LND erlauben die Berechnung der so genannten Äquivalentdosis. Diese ist wichtig, um die biologischen Effekte der Weltraumstrahlung auf den Menschen abzuschätzen. „Die von uns gemessene Strahlenbelastung ist ein gutes Maß für die Strahlung innerhalb eines Astronautenanzuges“, meint Thomas Berger vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln, Mitautor der Publikation.

Erde, Langstreckenflug und Mond im Vergleich

Die Messungen ergeben eine Äquivalentdosisleistung von etwa 60 mikro-Sievert pro Stunde (µSv/h). Zum Vergleich: Auf einem Langstreckenflug von Frankfurt nach New York ist sie etwa 5- bis 10-mal kleiner, am Erdboden gut 200-mal kleiner. Weil Astronautinnen und Astronauten deutlich länger auf dem Mond wären als Passagiere nach New York hin und zurückfliegen, ist dies eine erhebliche Belastung für den Menschen, sagt Robert Wimmer-Schweingruber von der CAU, dessen Team das Instrument entwickelt und gebaut hat. „Wir Menschen sind eben nicht wirklich gemacht für die Weltraumstrahlung. Allerdings können und sollten sich Astronauten bei einem längeren Aufenthalt auf dem Mond möglichst vor ihr abschirmen, zum Beispiel indem sie ihre Behausung mit einer dicken Schicht Mondgestein bedecken.“ Mit entsprechenden Schutzmaßnahmen könnte sich den Forschern zufolge das Risiko für Krebs und andere Erkrankungen senken lassen.

Wichtige Daten für interplanetare Missionen

Auch hinsichtlich zukünftiger interplanetarer Missionen sind die gewonnen Daten relevant. Denn der Mond fungiert hier sozusagen als Testlabor für Missionen zu anderen Planeten. Da der Mond weder ein schützendes Magnetfeld noch eine Atmosphäre besitzt, ist das Strahlungsfeld auf der Mondoberfläche dem im interplanetaren Raum ähnlich, abgesehen von der Abschirmung durch den Mond selbst. „Deshalb werden die Messungen des LND auch verwendet, um Modelle zu überprüfen und weiterzuentwickeln, die für zukünftige Missionen eingesetzt werden können. Wenn zum Beispiel eine bemannte Mission gen Mars aufbricht, kann durch die neuen Erkenntnisse vorab die erwartete Strahlenexposition verlässlicher abgeschätzt werden. Dabei ist es wichtig, dass der Detektor auch gewisse Rückschlüsse auf die Zusammensetzung des Strahlungsfeldes zulässt“, erklärt Wimmer-Schweingruber. So trägt die Forschung der Kieler Gruppe zur Sicherheit künftiger Astronautinnen und Astronauten bei.

Originalpublikation: S. Zhang, R.F. Wimmer-Schweingruber, J. Yu, C. Wang, Q. Fu, Z. Yxhas, Y. Sun, W. C, D. Hou, S. I. Böttcher, S. Burmeister, L. Seimetz, B. Schuster, V. Knierim, G. Shen, B. Yuan, H. Lohf, J. Guo, Z. Xu, J. von Forstner, S.R. Kulkarni, H. Xu, C. Xue, J. Li, Z. Zhang, H. Zhang, T. Berger, C. Hellweg, D. Matthiä, X. Hou, B. Ren, Z. Chang, B. Zhang, Y. Chen, H. Geng, Z. Quan,: High-impact marine heatwaves attributable to human-induced global warming, Sci. Adv. (2020, Sept. 25), Vol. 6, no. 39; DOI: 10.1126/sciadv.aaz1334

* C. Eulitz, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, 24118 Kiel

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