Was würde mit einem Astronauten auf der Marsoberfläche passieren, wenn ein Carrington-Event-ähnlicher Superflare den roten Planeten treffen würde?

Es gibt eine detaillierte Übersicht über die Auswirkungen des Weltraumwetters auf Menschen im Weltraum von Townsend [2021] . Sie heben mehrere solarenergetische Teilchen (SEP) -Ereignisse hervor, die die 30-Tage-Grenzwerte für kurzfristige Organschäden aus jüngsten Beobachtungen überschritten hätten, die alle wahrscheinlich schwächer sind als das Carrington-Ereignis. Sie liefern auch die Dosisgrenzwerte für blutbildende Organe (BFOs), Herz, Haut, Augen und das Zentralnervensystem (ZNS) für 30 Tage, 1 Jahr und Karriere, um dem Leser eine Basisreferenz zu geben. Alle diese Werte liegen für 30 Tage im Bereich von 250 bis 1500 mGy-Eq (milliGray-Äquivalent). Die meisten Expositionsschätzungen für kürzlich aufgetretene SEP-Ereignisse wie das am 14. Juli 2000 liegen bei >1000 mGy, dh Sie würden eine 30-Tage-Dosierungsgrenze innerhalb weniger Minuten überschreiten.

Sie untersuchen ein riesiges Ereignis im Jahr 775 n. Chr., das sowohl bei Männern als auch bei Frauen Strahlenkrankheit und/oder Tod verursacht hätte, selbst mit 40 g cm ^-2 Aluminiumabschirmung (typische verwendete Werte sind ~5-10 g cm ^-2 ).

Update
Als Referenz beginnt das hämatopoetische Syndrom (Knochenmarksyndrom) mit leichten Symptomen bei ~0,3 Gy (Gy = Gray = J/kg = mittlere übertragene/abgelagerte Energie pro Masseneinheit) und schwere Symptome treten bei etwa 0,7 Gy auf. Das gastrointestinale Syndrom beginnt bei etwa 6 Gy und ist bei etwa 10 Gy schwerwiegend. Das kardiovaskuläre/Zentralnervensystem-Syndrom (das schwerste) beginnt bei etwa 20 Gy und zeigt seinen vollen Ausdruck über 50 Gy.

Der Mars ist nur etwa 50 % weiter von der Sonne entfernt als die Erde. Die radiale Abhängigkeit der SEP-Spitzenintensität hängt von der Verbindung der Magnetfeldlinie zur Quelle ab, fällt aber typischerweise wie folgt ab$r^{-3}$[zB siehe Lario et al. , 2013 ]. Die Spitzenintensität auf dem Mars wäre also bis zu 70 % schwächer als auf der Erde.

Meine ursprüngliche Antwort wurde hauptsächlich geschrieben, um zu betonen, dass man zwar einen gewissen Schutz vor der Marsatmosphäre und den verbleibenden Magnetfeldern erhalten kann, dies jedoch nicht die ungefähr 6-9-monatige Reise von der Erde zum Mars berücksichtigt, auf der die Astronauten, wenn überhaupt, nur sehr wenig haben würden , Schutz vor Teilchen mit Energien >10 MeV.

Also wenn ich die unter https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2018SW001921 gefundenen Ergebnisse richtig verstehe, sogar mit 30 g$cm^{-2}$einer Aluminiumabschirmung würde man mehr als 1 mGy/Tag ansammeln (die Zahl springt auf >100 mGy/Tag bei 1 g$cm^{-2}$der Aluminiumabschirmung). Wenn wir die niedrigste Reisezeit von ~6 Monaten (~180 Tagen) annehmen, dann könnte die kumulierte Dosis 0,18 Gy (18 Gy) von der Erde zum Mars überschreiten. Zugegeben, dies setzt jeden Tag ein SEP-Ereignis voraus, sodass der tatsächliche Wert wahrscheinlich niedriger ist.

Das in diesem Papier simulierte Ereignis ereignete sich vom 10. bis 14. September 2017. Es war ein anständiges Ereignis, aber keineswegs ein extremes Ereignis. Das Papier sagt "...eines der stärksten SEP-Ereignisse in den letzten Jahren ...", was völlig richtig ist, da es seit dem Beginn des Sonnenminimums in den Jahren 2006-2008 überhaupt sehr wenige SEP-Ereignisse gegeben hat, dh dies war der Fall ein sehr schwacher Sonnenzyklus. Zum Vergleich wurde die Spitzenintensität der Protonen >1 MeV im September 2017-Ereignis bei einigen x aufgezeichnet$10^{4} \ cm^{-2} s^{-1} sr^{-1}$. Die Spitzenflüsse von ~1 MeV Protonen für das Ereignis Bastille Eay (dh Juli 2000) überstiegen 1000$cm^{-2} s^{-1} sr^{-1} MeV^{-1}$oder in den Einheiten des Papiers vom September 2017$\sim10^{9} \ cm^{-2} s^{-1} sr^{-1}$[z. B. Tylka et al., 2001 ]. Das heißt, die Protonenflüsse des Bastille Eay-Ereignisses waren um mehr als 5 Größenordnungen größer. Also selbst wenn wir das ausmachen$r^{-3}$zum Mars, ein Rückgang von 70 % wird das Ereignis im September 2017 nicht um 5 Größenordnungen reduzieren.

Dies alles basiert auf einem Worst-Case-Szenario, das geplant werden muss, denn wie oben für das Bastille Eay-Ereignis gezeigt, könnte ein Ereignis die Mission buchstäblich beenden, bevor die Astronauten überhaupt auf dem Mars ankommen. Außerdem erzeugte das Bastille Eay-Ereignis Ground Level Enhancements (GLEs) , dh das Ereignis war so stark, dass geladene Teilchen (und Neutronen) es bis zur Erdoberfläche schafften! Das heißt, sie durchdrangen sowohl das Magnetfeld der Erde als auch ihre Atmosphäre. Die Marsatmosphäre macht etwa 1 % des Volumens der Erdatmosphäre aus. Das Magnetfeld der Erde übersteigt stellenweise 65.000 nT, während das des Mars bei etwa 1500 nT liegt, dh das der Erde ist über 40-mal stärker.

Aus den oben genannten Gründen argumentierte meine ursprüngliche Antwort, dass der Mars wenig Schutz vor einem starken Ereignis wie dem auf Bastille Eay im Jahr 2000 bieten würde.

Sie wären auf dem Mars relativ geschützt , hauptsächlich aufgrund der Atmosphäre. Direkt über Ihnen haben Sie im Durchschnitt ~16 g/cm² CO2-Atmosphäre, viel mehr entlang der Sichtlinien näher am Horizont, und der gesamte Planet blockiert die Strahlung von unten, was insgesamt die Strahlenbelastung um mehrere Größenordnungen reduziert. Es gibt auch eine signifikante Tag/Nacht-Variation , die mit Schwankungen des atmosphärischen Drucks korreliert, sodass notwendige Oberflächenaktivitäten nachts durchgeführt werden können, um das Risiko zu verringern, und natürlich hat der Mars reichlich Material zum Abschirmen von Wohnstrukturen. Da die Atmosphäre über Ihnen am dünnsten ist, möchten Sie dort die größte Abschirmung haben ... für die Marsarchitektur denken Sie an dicke, überhängende Dächer.

"The Solar Particle Event on 10-13 September 2017: Spectral Reconstruction and Calculation of the Radiation Exposure in Aviation and Space" liefert dieses Diagramm, das die Exposition im interplanetaren Raum mit der erwarteten auf dem Mars und in großer Höhe in der Erdatmosphäre kontrastiert:

Radiation Risks in a Mission to Mars for a Solar Particle Event Similar to the AD 993/4 Event liefert eine Analyse für ein viel größeres Ereignis, vergleichbar mit einem, das sich in den Jahren 993-994 n. Chr. ereignete. Die Schlussfolgerung ist, dass die Atmosphäre, der Planet selbst und einige zusätzliche Abschirmungen einen ausreichenden Schutz vor vergleichbaren Ereignissen bieten. Die atmosphärische Abschirmung reicht aus, dass akute Kurzzeiteffekte auch ohne Abschirmung vermieden würden.

Kurz gesagt, Mars-Kolonisten müssen auf das Sonnenwetter achten und angemessene Vorkehrungen treffen, sollten aber keine besonderen Schwierigkeiten haben, mit diesen Problemen umzugehen.

Die einfache Antwort lautet: Es wird nicht sofort töten, aber abhängig von der Dauer der Exposition, bevor es einen abgeschirmten Bereich erreicht, würde es definitiv eine Strahlenkrankheit verursachen, die zu einer ganzen Reihe von Symptomen führen würde, die den Symptomen ähneln, die nach der Exposition gegenüber radioaktiver Strahlung aufgezeichnet wurden Fallout während des Reaktorunfalls von Tschernobyl (wie Krebs, neuronale Schäden einiger Art usw.). Aber all diese Probleme sind Langzeitfolgen.

Schon die Armosphäre und die Anzüge der Astronauten würden einen Großteil der Strahlung relativ gut abschirmen. Ich würde also davon ausgehen, dass eine mehrstündige Exposition definitiv nicht gesund, aber vertretbar wäre.

Eine unterirdische Basis würde die Astronauten leicht vor Strahlung schützen, da der Regolith sie sehr gut abschirmt, weshalb einige Pläne von Marsbasen das Vergraben von Modulen unter der Erde vorsehen.