Människans utforskning av Mars har ökat under de senaste decennierna. Förutom de åtta aktiva uppdragen på eller runt den röda planeten, ytterligare sju robotlandare, rovers och orbiters är planerade att vara utplacerade där i slutet av decenniet. Och på 2030-talet och efter, flera rymdorganisationer planerar att också montera besättningsuppdrag till ytan.

Dessutom, det finns till och med massor av frivilliga som är beredda att göra en enkelresa till Mars, och människor som förespråkar att vi gör det till ett andra hem. Alla dessa förslag har fokuserat uppmärksamheten på de märkliga farorna som följer med att skicka människor till Mars. Förutom kylan, torr miljö, brist på luft, och stora sandstormar, det är också frågan om dess strålning.

Orsaker:

Mars har ingen skyddande magnetosfär, som jorden gör. Forskare tror att en gång, Mars upplevde också konvektionsströmmar i sin kärna, skapa en dynamoeffekt som drev ett planetariskt magnetfält. Dock, för ungefär 4,2 miljarder år sedan – antingen på grund av en massiv påverkan från ett stort föremål, eller snabb kylning i dess kärna – denna dynamoeffekt upphörde.

Som ett resultat, under de kommande 500 miljoner åren, Mars atmosfär avlägsnades långsamt av solvinden. Mellan förlusten av dess magnetfält och dess atmosfär, Mars yta är utsatt för mycket högre strålningsnivåer än jorden. Och förutom regelbunden exponering för kosmiska strålar och solvind, det tar emot enstaka dödliga explosioner som inträffar med starka solflammor.

Undersökningar:

NASA:s rymdfarkost Mars Odyssey från 2001 var utrustad med ett speciellt instrument som kallas Martian Radiation Experiment (eller MARIE), som designades för att mäta strålningsmiljön runt Mars. Eftersom Mars har en så tunn atmosfär, strålning som upptäckts av Mars Odyssey skulle vara ungefär densamma som på ytan.

Under cirka 18 månader, Mars Odyssey-sonden upptäckte pågående strålningsnivåer som är 2,5 gånger högre än vad astronauter upplever på den internationella rymdstationen – 22 millirad per dag, vilket går ut på 8000 millirad (8 rad) per år. Rymdfarkosten upptäckte också 2 solprotonhändelser, där strålningsnivåerna nådde en topp på cirka 2, 000 millirad på en dag, och några andra händelser som gick upp till cirka 100 millirad.

För jämförelse, människor i utvecklade länder exponeras för (i genomsnitt) 0,62 rads per år. Och medan studier har visat att människokroppen kan motstå en dos på upp till 200 rad utan permanent skada, långvarig exponering för de typer av nivåer som upptäcks på Mars kan leda till alla typer av hälsoproblem – som akut strålsjuka, ökad risk för cancer, genetisk skada, och till och med döden.

Och med tanke på att exponering för vilken mängd strålning som helst medför en viss risk, NASA och andra rymdorganisationer har en strikt policy av ALARA (As-Low-As-Reasonable-Achievable) när de planerar uppdrag.

Möjliga lösningar:

Mänskliga upptäcktsresande till Mars kommer definitivt att behöva ta itu med de ökade strålningsnivåerna på ytan. Vad mer, alla försök att kolonisera den röda planeten kommer också att kräva åtgärder för att säkerställa att exponeringen för strålning minimeras. Redan, flera lösningar – både kortsiktiga och långa – har föreslagits för att komma till rätta med detta problem.

Till exempel, NASA har flera satelliter som studerar solen, rymdmiljön i hela solsystemet, och övervaka för galaktiska kosmiska strålar (GCRs), i hopp om att få en bättre förståelse för sol- och kosmisk strålning. De har också letat efter sätt att utveckla bättre skärmning för astronauter och elektronik.

Under 2014, NASA lanserade Reducing Galactic Cosmic Rays Challenge, en incitamentsbaserad tävling som gav totalt 12 USD, 000 till idéer om hur man kan minska astronauternas exponering för galaktiska kosmiska strålar. Efter den första utmaningen i april 2014, en uppföljningsutmaning ägde rum i juli som gav ett pris på $30, 000 för idéer som involverar aktivt och passivt skydd.

När det gäller långtidsvistelser och kolonisering, flera fler idéer har lagts fram tidigare. Till exempel, som Robert Zubrin och David Baker förklarade i sitt förslag till ett lågcast "Mars Direct"-uppdrag, livsmiljöer inbyggda direkt i marken skulle vara naturligt avskärmade mot strålning. Zubrin utökade detta i sin bok från 1996 The Case for Mars:The Plan to Settle the Red Planet and Why We Must.

Förslag har också lagts fram för att bygga livsmiljöer ovan jord med hjälp av uppblåsbara moduler inkapslade i keramik skapad med hjälp av marsjord. I likhet med vad som har föreslagits av både NASA och ESA för en bosättning på månen, denna plan skulle förlita sig starkt på robotar som använder 3-D-utskriftsteknik, känd som "sintring", där sand förvandlas till ett smält material med hjälp av röntgenstrålar.

MarsOne, den ideella organisationen som ägnar sig åt att kolonisera Mars under de kommande decennierna, har också förslag på hur man kan skydda marsbobyggare. Att ta itu med frågan om strålning, organisationen har föreslagit att bygga avskärmning i uppdragets rymdfarkost, transitfordon, och boendemodul. I händelse av ett solsken, där detta skydd är otillräckligt, de förespråkar att skapa ett dedikerat strålningsskydd (beläget i en ihålig vattentank) i deras Mars Transit Habitat.

Men det kanske mest radikala förslaget för att minska Mars exponering för skadlig strålning innebär att man hoppar igång planetens kärna för att återställa dess magnetosfär. Att göra detta, vi skulle behöva göra planetens yttre kärna flytande så att den kan konvektion runt den inre kärnan igen. Planetens egen rotation skulle börja skapa en dynamoeffekt, och ett magnetfält skulle alstras.

Enligt Sam Factor, en doktorand vid institutionen för astronomi vid University of Texas, det finns två sätt att göra detta. Den första skulle vara att detonera en serie termonukleära stridsspetsar nära planetens kärna, medan den andra innebär att en elektrisk ström körs genom planeten, producerar motstånd i kärnan som skulle värma upp den.

Dessutom, en studie från 2008 utförd av forskare från National Institute for Fusion Science (NIFS) i Japan tog upp möjligheten att skapa ett artificiellt magnetfält runt jorden. Efter att ha övervägt kontinuerliga mätningar som indikerade en 10%-ig nedgång i intensitet under de senaste 150 åren, de fortsatte med att förespråka hur en serie planetomslutande supraledande ringar kunde kompensera för framtida förluster.

Med vissa justeringar, ett sådant system skulle kunna anpassas för Mars, skapa ett artificiellt magnetfält som kan hjälpa till att skydda ytan från en del av den skadliga strålning den regelbundet tar emot. I händelse av att terraformers försöker skapa en atmosfär för Mars, detta system kan också säkerställa att det är skyddat från solvind.

Slutligen, en studie 2007 av forskare från Institutet för mineralogi och petrologi i Schweiz och fakulteten för geo- och biovetenskap vid Vrije University i Amsterdam lyckades replikera hur Mars kärna ser ut. Med hjälp av en diamantkammare, teamet kunde replikera tryckförhållandena på järn-svavel- och järn-nickel-svavelsystem som motsvarar Mars centrum.

Vad de fann var att vid de temperaturer som förväntades i Mars kärna (~1500 K, eller 1227°C; 2240 °F), den inre kärnan skulle vara flytande, men viss stelning skulle ske i den yttre kärnan. Detta är helt annorlunda än jordens kärna, där stelningen av den inre kärnan frigör värme som håller den yttre kärnan smält, skapar alltså dynamoeffekten som driver vårt magnetfält.

Frånvaron av en solid inre kärna på Mars skulle innebära att den en gång flytande yttre kärnan måste ha haft en annan energikälla. Naturligtvis, den värmekällan har sedan dess misslyckats, får den yttre kärnan att stelna, på så sätt stoppa alla dynamoeffekter. Dock, deras forskning visade också att planetkylning kan leda till stelning av kärnan i framtiden, antingen på grund av att järnrika fasta ämnen sjunker mot mitten eller på att järnsulfider kristalliserar i kärnan.

Med andra ord, Mars kärna kan bli fast någon dag, som skulle värma den yttre kärnan och göra den smält. I kombination med planetens egen rotation, detta skulle generera dynamoeffekten som återigen skulle tända upp planetens magnetfält. Om detta är sant, att sedan kolonisera Mars och leva där säkert kan vara en enkel fråga om att vänta på att kärnan ska kristallisera.

Det finns ingen väg runt det. För närvarande, strålningen på Mars yta är ganska farlig! Därför, alla besättningsuppdrag till planeten i framtiden kommer att behöva ta hänsyn till strålskydd och motåtgärder. Och alla långvariga vistelser där – åtminstone under överskådlig framtid – kommer att behöva byggas in i marken, eller härdas mot sol- och kosmiska strålar.

Men du vet vad de säger om att nödvändighet är uppfinningarnas moder, höger? Och med sådana upplysningar som Stephen Hawking som säger att vi måste börja kolonisera andra världar för att överleva som art, och människor som Elon Musk och Bas Lansdrop som vill få det att hända, vi kommer säkerligen att se några mycket uppfinningsrika lösningar under de kommande generationerna!