De menselijke belangstelling voor Mars is de afgelopen decennia enorm gegroeid. Naast de acht actieve missies die momenteel plaatsvinden op of nabij de Rode Planeet, zullen tegen het einde van het decennium nog zeven robotmodules, rovers en orbiters naar Mars worden gestuurd. Tegen 2030 zijn verschillende ruimteagentschappen van plan om bemande missies naar de oppervlakte te brengen.
Daarnaast zijn er nog aardig wat vrijwilligers die bereid zijn om een enkele reis naar Mars te gaan, en mensen die ervoor pleiten om er ons tweede thuis van te maken. Al deze voorstellen vestigen onze aandacht ook op de gevaren die mensen op Mars te wachten staan. Naast de koude, droge omgeving, het gebrek aan lucht en gigantische zandstormen, is er ook de kwestie van straling.
Waar komt straling vandaan op Mars?
Mars heeft geen beschermende magnetosfeer zoals de aarde. Wetenschappers geloven dat er ooit convectiestromen waren in de kern van Mars, waardoor een dynamo-effect ontstond dat een planetair magnetisch veld in beweging zette. Maar zo'n 4,2 miljard jaar geleden - blijkbaar door een botsing met een groot object of de snelle afkoeling van de kern - verdween dit dynamo-effect.
Als gevolg hiervan verdampt de atmosfeer van Mars de komende 500 miljoen jaar langzaam door de zonnewind. Door het verlies van magnetisch veld en atmosfeer wordt het oppervlak van Mars blootgesteld aan veel hogere niveaus van straling dan de aarde. En naast constante blootstelling aan kosmische straling en de zonnewind, wordt Mars blootgesteld aan dodelijke doses steriliserende straling samen met zonnevlammen.
Promotie video:
Hoe is het onderzoek verlopen?
In 2001 stuurde NASA het Mars Odyssey-ruimtevaartuig naar Mars, uitgerust met een speciaal instrument MARIE (Martian Radiation Experiment), dat verondersteld werd het stralingsniveau rond Mars te meten. Omdat Mars een vrij dunne atmosfeer heeft, zou de straling die door Mars Odyssey werd geregistreerd, bijna hetzelfde moeten zijn als op het oppervlak.
Tijdens de 18 maanden van zijn werking detecteerde de Mars Odyssey-sonde permanente straling, waarvan het niveau 2,5 keer hoger was dan het niveau van het internationale ruimtestation ISS: 22 millirad per dag of 8000 millirad (8 Rad) per jaar. Het ruimtevaartuig registreerde ook twee solaire protonengebeurtenissen waarbij het stralingsniveau steeg tot 2.000 millirad per dag.
Ter vergelijking: mensen in ontwikkelde landen worden gemiddeld blootgesteld aan 0,62 Rad per jaar. En hoewel onderzoek heeft aangetoond dat het menselijk lichaam zonder enige schade een dosis tot 200 rad kan weerstaan, kan langdurige blootstelling aan straling op Marsniveau tot allerlei gezondheidsproblemen leiden: acute stralingsziekte, verhoogd risico op kanker, genetische schade en zelfs de dood.
Daarom houden NASA en andere ruimtevaartagentschappen zich bij het plannen van missies aan een strategie met minimaal risico.
Mogelijke oplossingen
De eerste bezoekers van Mars zullen beslist te maken krijgen met verhoogde stralingsniveaus op het oppervlak. Bovendien vereist elke poging om de Rode Planeet te koloniseren ook maatregelen om de impact te minimaliseren. Er bestaan al verschillende oplossingen, zowel op korte als op lange termijn.
NASA onderhoudt bijvoorbeeld verschillende satellieten die de zon en de ruimteomgeving in het zonnestelsel bestuderen en galactische kosmische straling volgen in de hoop een beter begrip te krijgen van zonne- en kosmische straling. Ook zoekt het bureau naar de beste opties om astronauten en elektronica af te schermen.
In 2014 lanceerde NASA de Reducing Galactic Cosmic Rays Challenge, een intense wedstrijd met een prijs van $ 12.000 die de beste ideeën beloont voor het verminderen van de effecten van galactische kosmische straling op astronauten. Na de eerste wedstrijd in april 2014 volgde er nog een in juli met een totale prijs van $ 30.000 voor ideeën met betrekking tot actieve en passieve verdediging.
Als het gaat om langdurig verblijf en kolonisatie, zijn er in het verleden nog een paar ideeën opgedoken. Zoals voorgesteld door Robert Zubrin en David Baker in het missieplan van Mars Direct, kunnen woningen midden in de grond worden gebouwd, wat een natuurlijk schild tegen straling zal zijn.
Er werd ook voorgesteld om opblaasbare modules te maken die zijn ingesloten in keramiek gemaakt met Marsaarde. Dit plan zal steunen op een 3D-printtechniek die bekend staat als 'sinteren', waarbij zand wordt omgezet in gesmolten materiaal met behulp van röntgenstraling.
MarsOne, een non-profitorganisatie die belooft Mars in de komende decennia te koloniseren, biedt zijn eigen optie om de Mars-kolonisten tegen straling te beschermen. De organisatie heeft voorgesteld om afscherming in te bouwen in het ruimtevaartuig, het voertuig en de bewoningsmodule van de missie. In het geval van een zonnevlam en als de bescherming onvoldoende is, stellen ze voor om een speciale stralingsschuilplaats te creëren (in een holle watertank) in hun Mars Transit Habitat.
Maar het meest drastische voorstel voor verzachting betreft het opnieuw opstarten van de kern van de planeet om de magnetosfeer te herstellen. Om dit te doen, moeten we de buitenste kern vloeibaar maken, zodat deze weer rond de binnenste kern kan convecteren. De juiste rotatie van de planeet begint een dynamo-effect te creëren en er zal een magnetisch veld worden gegenereerd.
Volgens Sam Factor, een afgestudeerde student aan de afdeling Sterrenkunde aan de Universiteit van Texas, zijn er twee manieren om dit te doen. De eerste is om een reeks thermonucleaire kernkoppen nabij de kern van de planeet tot ontploffing te brengen, en de tweede is om een elektrische stroom door de planeet te sturen, waardoor een weerstand in de kern ontstaat die zal opwarmen.
Wetenschappers van het National Institute of Synthesis Science (NIFS) in Japan hebben in 2008 een studie uitgevoerd waarin werd gekeken naar de mogelijkheid om een kunstmatig magnetisch veld rond de aarde te creëren. Toen ze ontdekten dat de intensiteit van het magnetische veld de afgelopen 150 jaar met 10% is gedaald, pleitten ze voor het creëren van supergeleidende ringen rond de planeet, die toekomstige verliezen zouden kunnen compenseren.
Met een paar aanpassingen zou zo'n systeem aangepast kunnen worden voor Mars. Het zal een magnetisch veld creëren dat het oppervlak kan helpen beschermen tegen een deel van de schadelijke straling. En als terraformers een atmosfeer op Mars kunnen creëren, zal zo'n systeem het ook beschermen tegen de zonnewind.
Ten slotte toonde een onderzoek uit 2007 door onderzoekers van het Instituut voor Mineralogie en Petrografie in Zwitserland aan hoe de kern van Mars eruitziet. Met behulp van een diamantkamer konden de wetenschappers de drukcondities reproduceren op de ijzer-zwavel- en ijzer-nikkel-zwavel-systemen die overeenkomen met het centrum van Mars.
Ze ontdekten dat bij temperaturen van de Martiaanse kern (ongeveer 1227 graden Celsius) de binnenste kern vloeibaar zou zijn, maar de buitenste enigszins zou zijn gestold. Dit is heel anders dan de kern van de aarde, waarin stolling van de binnenkern warmte afgeeft, die de buitenste gesmolten houdt, waardoor een dynamo-effect en een magnetisch veld ontstaat.
Het ontbreken van een vaste binnenkern op Mars zou betekenen dat de vloeibare buitenkern op een dag een andere energiebron moet hebben gehad. Op de een of andere manier droogde deze bron op en stolde de buitenste kern, waardoor het dynamo-effect werd beëindigd. Hun studie toonde echter ook aan dat afkoeling van de planeet zou kunnen leiden tot stolling van de kern in de toekomst, aangezien ofwel ijzerrijke vaste stoffen in het centrum zouden vallen, ofwel ijzersulfiden zouden kristalliseren in de kern.
Met andere woorden, de kern van Mars kan op een dag vast worden door de buitenste kern te verhitten en te smelten. In combinatie met de eigen rotatie van de planeet zal dit een dynamo-effect genereren dat opnieuw het magnetische veld van de planeet zal activeren. Als dit waar is, dan is de kolonisatie van Mars en het veilig leven erop een kwestie van tijd - het zal nodig zijn om te wachten tot de kern kristalliseert.
Er is geen andere weg. Momenteel is straling op het oppervlak van Mars behoorlijk gevaarlijk. Daarom zal bij toekomstige vluchten naar de planeet rekening worden gehouden met stralingsbescherming en tegenmaatregelen. En iedereen die lang op Mars blijft, zal zich ofwel dieper in de aarde moeten begraven, ofwel zichzelf moeten beschermen tegen de zon en kosmische straling.
Maar de noodzaak is de moeder van de uitvinding, nietwaar? En aangezien we andere werelden moeten gaan koloniseren, zullen we, als we als soort willen overleven, onze toevlucht moeten nemen tot innovatieve oplossingen.
ILYA KHEL
