Kan lavarör, grottor eller underjordiska livsmiljöer erbjuda en säker tillflyktsort för framtida astronauter på Mars? Forskare med NASA:s Curiosity Mars rover-team hjälper till att utforska sådana frågor med Radiation Assessment Detector, eller RAD.

Till skillnad från jorden har Mars inget magnetfält som skyddar den från högenergipartiklarna som susar runt i rymden. Den strålningen kan orsaka förödelse för människors hälsa, och den kan allvarligt äventyra de livsuppehållande system som Mars-astronauterna kommer att vara beroende av också.

Baserat på data från Curiositys RAD, finner forskare att användning av naturliga material som berget och sedimentet på Mars kan erbjuda ett visst skydd mot denna ständigt närvarande rymdstrålning. I en tidning som publicerades i somras i JGR Planets, beskrev de hur Curiosity förblev parkerad mot en klippa på en plats som heter "Murray Buttes" från 9 till 21 september 2016.

Där mätte RAD en minskning med 4 % av den totala strålningen. Mer signifikant, instrumentet upptäckte en 7,5% minskning av neutral partikelstrålning, inklusive neutroner som kan penetrera sten och är särskilt skadliga för människors hälsa. Dessa siffror är statistiskt tillräckligt höga för att visa att det berodde på Curiositys läge vid foten av klippan snarare än på normala förändringar i bakgrundsstrålningen.

"Vi har väntat länge på de rätta förutsättningarna för att få dessa resultat, som är avgörande för att säkerställa noggrannheten hos våra datormodeller", säger Bent Ehresmann från Southwest Research Institute, huvudförfattare till den senaste artikeln. "På Murray Buttes hade vi äntligen dessa förhållanden och data för att analysera denna effekt. Vi letar nu efter andra platser där RAD kan upprepa den här typen av mätningar."

En utpost för rymdväder på Mars

Det mesta av strålningen som mäts av RAD kommer från galaktiska kosmiska strålar - partiklar som kastas ut av exploderande stjärnor och skickas i flipperspel genom universum. Detta bildar en matta av "bakgrundsstrålning" som kan utgöra hälsorisker för människor.

Mycket mer intensiv strålning kommer sporadiskt från solen i form av solstormar som kastar ut massiva bågar av joniserad gas i det interplanetära rymden.

"Dessa strukturer vrider sig i rymden och bildar ibland komplexa croissantformade fluxrör som är större än jorden och driver stötvågor som effektivt kan aktivera partiklar", säger Jingnan Guo, som ledde en studie som publicerades i september i The Astronomy and Astrophysics Review. , och analyserade nio år av RAD-data medan hon var vid Christian Albrecht-universitetet i Tyskland.

"Kosmiska strålar, solstrålning, solstormar - de är alla komponenter i rymdvädret, och RAD är i själva verket en rymdväderutpost på Mars yta", säger Don Hassler från Southwest Research Institute, huvudforskare av RAD-instrumentet.

Solstormar uppstår med varierande frekvens baserat på 11-årscykler, med vissa cykler som bär mer frekventa och mer energiska stormar än andra. Kontraintuitivt kan de perioder då solaktiviteten är som högst vara den säkraste tiden för framtida astronauter på Mars:Den ökade solaktiviteten skyddar den röda planeten från kosmiska strålar med så mycket som 30 till 50 %, jämfört med perioder då solaktiviteten är lägre .

"Det är en avvägning," sa Guo. "Dessa högintensiva perioder minskar en strålningskälla:den allestädes närvarande, högenergiska kosmiska strålningsbakgrundsstrålningen runt Mars. Men samtidigt kommer astronauterna att behöva brottas med intermittent, mer intensiv strålning från solstormar."

"Observationerna från RAD är nyckeln till att utveckla förmågan att förutsäga och mäta rymdväder, solens inflytande på jorden och andra solsystemkroppar", säger Jim Spann, rymdväderledare för NASA:s Heliofysikavdelning. "Eftersom NASA planerar för eventuella mänskliga resor till Mars, fungerar RAD som en utpost och en del av Heliophysics System Observatory - en flotta på 27 uppdrag som undersöker solen och dess inflytande på rymden - vars forskning stödjer vår förståelse av och utforskning av rymden. "

RAD har hittills mätt effekten av mer än ett dussin solstormar (fem när de reste till Mars 2012), även om de senaste nio åren har markerat en särskilt svag period av solaktivitet.

Forskare har just nu börjat se aktiviteten öka när solen kommer ut ur sin dvala och blir mer aktiv. Faktum är att RAD observerade bevis för den första X-klassens flamma i den nya solcykeln den 28 oktober 2021. X-klassens flammor är den mest intensiva kategorin av solflammor, av vilka den största kan leda till strömavbrott och kommunikationsavbrott på jorden.

"Det här är en spännande tid för oss, eftersom ett av de viktiga målen med RAD är att karakterisera extremerna av rymdvädret. Händelser som solutbrott och stormar är en typ av rymdväder som inträffar oftast under ökad solaktivitet - tiden vi närmar oss nu", sa Ehresmann. Fler observationer behövs för att bedöma hur farlig en riktigt kraftig solstorm skulle vara för människor på Mars yta.

RAD:s resultat kommer att matas in i en mycket större mängd data som sammanställs för framtida besättningsuppdrag. Faktum är att NASA till och med utrustat Curiositys motsvarighet, Perseverance rover, med prover av rymddräktsmaterial för att bedöma hur de håller emot strålning över tid.