• Frage: Wie hoch ist die kosmische Strahlung auf dem Mars?

    Frage gestellt auks6dug am 10 Nov 2021.
    • Foto: Tim Huege

      Tim Huege Beantwortet am 10 Nov 2021:


      Hallo,

      die kosmische Strahlung, die auf den Mars und auf die Erde trifft, ist vergleichbar. Aber es gibt einen ganz großen Unterschied: Der Mars hat im Vergleich zur Erde quasi keine Atmosphäre, die die Strahlung abschirmt. Deshalb ist man auf der Marsoberfläche einer sehr viel stärkeren Strahlung ausgesetzt als auf der Erdoberfläche – und das ist ziemlich ungesund für den menschlichen Organismus. Die Strahlenbelastung auf der Reise und eben auch auf dem Mars ist eines der großen Probleme für eine bemannte Mission dorthin.

      Viele Grüße,
      Tim

    • Foto: Maria Haupt

      Maria Haupt Beantwortet am 10 Nov 2021:


      Als Ergänzung zu Tims Antwort:
      Die kosmische Strahlung kommt von weit entfernten Objekten. Sie entsteht in Objekten, die meistens stellaren Ursprungs sind, also zum Beispiel in den Überresten einer Supernova Explosion, in sehr schnell rotierenden Neutronensternen (Pulsare) oder z.B. auch in Binärsystemen, in denen 2 Sterne umeinanderkreisen. Diese Objekte gibt es überall im Universum. Da die kosmische Strahlung aus geladenen Teilchen besteht (Elektronen, Protonen und ein paar schwereren Atomkernen), werden sie im Magnetfeld der Galaxie, unseres Sonnensystems und auch unserer Erde abgelenkt. Ein Teilchen nimmt teils einen sehr weiten Weg auf sich, um zu uns zu kommen. Das heißt, wir wissen, wenn wir so ein Teilchen messen, nicht, wo es ursprünglich hergekommen ist. Das bedeutet aber auch, dass diese kosmische Strahlung überall in unserer nahen Umgebung (und nah bedeutet in dem Fall in unserem gesamten Sonnensystem) gleich stark ist, also auch auf dem Mars.
      (Nicht zu verwehcseln ist diese kosmische Strahlung mit der Gamma-Strahlung, die aus Photonen (Lichtteilchen) besteht. Diese werden nicht im Magnetfeld abgelenkt, da sie nicht geladen sind und kommen daher zu uns. Deshalb verwenden wir diese auch, um herauszufinden, wo die kosmischen Teilchen beschleunigt werden. Diese Strahlung ist aber genauso gefährlich wie die kosmischen Teilchen, da sie genauso viel Energie besitzt.)

      Und noch eine Anmerkung zum Thema Gefahren bei der Raumfahrt:
      Die kosmische Strahlung hat zum Teil sehr hohe Energien, die noch größer als die der Röntgen-Strahlung sind. Man sollte sich im Leben nicht zu oft röntgen lassen, da diese Strahlung unsere Zellen verändern und uns damit krank machen kann. Allerdings, wie Tim auch schreibt, wechselwirken die Teilchen der kosmischen Strahlung mit unserer Atmosphäre, also den Luftmolekülen darin. Das heißt, sie werden „aufgespalten“ in ganz viele Teilchen. Da die Gesamtenergie gleich bleibt, haben alle alle Teilchen zusammen die gleiche Energie, wie das Teilchen, das am Anfang auf unsere Atmosphäre trifft, also hat jedes einzelne Teilchen sehr wenig Energie, die uns nicht mehr schadet. Oberhalb der Atmosphäre ist das nicht so. Das Problem der Strahlenbelastung besteht daher auch schon für die Astronauten, die regelmäßig z.B. zur ISS fliegen. Deshalb dürfen sie nicht länger als ein paar Monate dort oben bleiben.

    • Foto: Tobias Triffterer

      Tobias Triffterer Beantwortet am 11 Nov 2021:


      Tim und Maria haben die Grundlagen schon gut erklärt, ich möchte aber noch die Zahlen hinzufügen.

      Dazu müssen wir aber zunächst die Maßeinheiten klären:
      Die Strahlendosis wird in Gray (Einheitenzeichen Gy) gemessen. Es beschreibt die in der Materie absorbierte Energiemenge pro Masseneinheit, also Joule pro Kilogramm.

      Bezogen auf die biologische Wirkung muss man aber unterscheiden, woraus die Strahlung besteht (Protonen, Neutronen, Elektronen, elektromagnetische Strahlung, usw.) und welche Energie die Teilchen haben, denn deren Wirkung auf Lebewesen ist sehr unterschiedlich.

      Um das abzubilden wurde die Äquivalentdosis mit der Einheit Sievert (Einheitenzeichen Sv) eingeführt. Die Strahlendosis in Gray wird hierzu mit einem Qualitätsfaktor multipliziert, der von Strahlenart und -energie abhängt und die Gefahr für biologisches Gewebe abbildet.

      Laut Bundesamt für Strahlenschutz beträgt die Strahlenbelastung durch natürliche Quellen in Deutschland im Durchschnitt 2,1 mSv/a (Milli-Sievert pro Jahr). Dies enthält sowohl die kosmische Strahlung (0,3 mSv/a), die terrestrische Strahlung durch radioaktive Isotope in der Erde (0,4 mSv/a), radioaktive Isotope in Lebensmitteln (0,3 mSv/a) und das Einatmen des Edelgases Radon, das durch radioaktive Zerfälle in der Erdkruste aus der Erde ausgast (1,1 mSv/a). Allerdings sind das nur Durchschnittswerte, je nach Wohn- und Arbeitsort und Verhalten können sich diese Werte ziemlich unterscheiden. Weitere Details findet man unter [1].

      Der Mars-Rover „Curiosity“ hat ein Messinstrument, dass die Strahlenbelastung auf der Oberfläche des Mars misst. Laut NASA gibt es dort eine Strahlenbelastung von 0,7 mSv/d (Milli-Sievert pro Tag) [2]. Ein Jahr auf dem Mars entspricht also von der Strahlenbelastung her rund 122 Jahren auf der Erde.

      Es gibt daher beispielsweise die Idee, eine Mars-Basis unterirdisch bzw. „untermarsisch“ zu bauen oder mit Mars-Boden abzudecken, um die Strahlenbelastung zumindest teilweise abzuschirmen. Weitere Infos gibt es in diesem Kurzgesagt-Video: [3]

      Quellen/Links:

      [1] https://www.bfs.de/DE/themen/ion/umwelt/natuerliche-strahlung/natuerliche-strahlung.html
      [2] https://spacemath.gsfc.nasa.gov/planets/10Page74.pdf
      [3] https://www.funk.net/channel/kurzgesagt-11090/eine-marsbasis-ist-eine-dumme-idee-lasst-uns-eine-bauen-1715151

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