31 januari, 2021, kommer att fira 50 år sedan lanseringen av Apollo 14. Detta historiska uppdrag var det första som sände en färg-tv-signal från månens yta och markerade den heroiska återkomsten till rymden av Amerikas första astronaut, Alan Shepard, som berömt slog två golfbollar från månregoliten. Även om betydelsen av Apollo 14 och Apollo-programmet i allmänhet inte kan överskattas, Shepard tillbringade bara två dagar på månens yta. Rekordet för den längsta mänskliga närvaron på månen, innehas av Eugene Cernan och Harrison Schmitt, är drygt tre dagar. Alla Apollo-astronauterna exponerades för höga nivåer av strålning på månens yta, men med så relativt korta vistelser att risken ansågs vara acceptabel.

Med NASA:s Artemis-program som avser att starta en era av långvarig mänsklig bosättning på månen, långvarig exponering för intensiv strålning utgör ett allvarligt hot mot framtida astronauters hälsa och välbefinnande. Ett av de första stegen för att mildra farorna är att utveckla en mängd data som beskriver strålningens nivå och karaktär. Forskning publicerad i september baserad på data som samlats in från Lunar Lander Neutrons and Dosimetry-experimentet ombord på den kinesiska robotmånlandaren Chang'E 4 avslöjar långtidsmätning av strålningsnivåer på månens yta. Detta är första gången utökade mätningar av strålningsnivåerna på månen har samlats in och kommer att hjälpa till att informera om utformningen och avskärmningen av framtida månhabitat.

Det har alltid varit klart att betydande avskärmning från rymdstrålning skulle vara nödvändig för att skydda månens långsiktiga invånare från skadliga hälsoeffekter. Ett viktigt steg i utformningen av sådana strukturer är att ha en djupgående förståelse för exakt vilken nivå av strålningshot som finns. Data och tillhörande forskning från Chang'E 4 ger oöverträffad inblick i naturen hos rymdstrålningsmiljön på månen. Avläsningarna från rymdfarkosten kan användas för att bestämma den ekvivalenta doshastigheten, ett biologiskt viktat mått på stråldosen över tid. Detta ger ett resultat på 60 mikrosievert per timme. Detta är mer än dubbelt så hög strålningsnivå som astronauter ombord på ISS möter, fem till tio gånger mer än strålningen på långdistansflygningar, och 200 gånger större än den strålning som finns på jordens yta.

Det finns två primära strålkällor som framtida månens invånare kommer att behöva kämpa med. Först, det finns galaktiska kosmiska strålar eller GCR. Dessa består mestadels av laddade partiklar som protoner och nakna heliumkärnor, med cirka 1% av GCRs består av kärnor av tyngre grundämnen. Eftersom skadan som orsakas av laddade partiklar skalas med kvadraten på kärnladdningen, dessa tyngre element kan orsaka oproportionerligt stor skada på mänsklig vävnad. Denna strålning kommer från miljontals källor utspridda över hela himlen och är mycket konsekvent i sin nivå.

Det andra strålningshotet är solpartikelhändelser eller SPE. Som namnet antyder, dessa är resultatet av sporadiska händelser på solen såsom coronal mass ejections (CME) eller solflammor. Strålning från SPE är mycket mindre förutsägbar än GCR men kan vara så destruktiv att den orsakar akut vävnadsskada från en enda händelse eller exponering.

SPE är inte bara en fara för framtida måninnevånare, men de kan också påverka livet på jorden. Den geomagnetiska stormen 1989 och tillhörande strömavbrott som lämnade miljoner i Quebec och nordöstra USA utan elektricitet är ett särskilt anmärkningsvärt exempel på hur solutbrott påverkar mänskligheten. Tack och lov, jordens starka magnetfält skyddar oss från de allra flesta skadliga laddade partiklar som strömmar mot oss från solen. Detta är inte fallet för månen, som saknar magnetfält och atmosfär, lämnar någon på ytan exponerad för den fulla styrkan av inkommande rymdstrålning.

Även om GCR inte har de farliga toppar i intensitet som ses i SPE, kronisk exponering för sådan joniserande strålning har kopplats till degenerativ sjukdom i centrala nervsystemet, grå starr och cancer. Rätt skydd från båda strålkällorna är avgörande för astronauter för att undvika allvarliga eller till och med katastrofala hälsokonsekvenser från månexpeditioner.

Den tredje källan till farliga subatomära partiklar på månens yta är, förvånande, själva månen. Det kan vara lätt att avfärda månens i huvudsak inerta sten och stoft som icke-hotande, men det vore ett fruktansvärt förbiseende. När yttre strålning från galaktiska källor och solen kolliderar med atomerna i månens jord, neutroner och gammastrålar kan frigöras och orsaka deras egen vävnadsskada. Halveringstiden för en fri neutron är drygt 10 minuter, så dessa instabila partiklar måste härröra från kärnreaktioner på månens yta eftersom de inte kunde överleva de långa restiderna från avlägsna rymdkällor.

Det är tydligt att betydande avskärmning från denna strålning måste finnas för att människor ska överleva på månen. Att bygga bostäder skyddade av tjocka lager av månsten verkar vara den mest troliga lösningen på problemet med rymdstrålning på månen. En särskilt övertygande möjlighet är byggandet av livsrum i mångrottor. Stor, gammal, ihåliga lavarör som blivit över från månvulkanismen för miljarder år sedan är kända för att existera på månen, några med öppningar till ytan som liknar Mexikos cenoter. Delvis tack vare forskningen i Chang'E 4, vi kan hitta de mest avancerade mänskliga utforskningarna i historien som tar skydd i grottor i en annan värld, ungefär som våra gamla förfäder skyddade sig i jordiska grottor tusentals år i det förflutna.