Extraterrestrische Physik am IEAP der CAU

Die Extraterrestrische Physik existiert seit 1962 als eigenständige Abteilung an der CAU. Die Abteilung gehört zum Institut für Experimentelle und Angewandte Physik und beteiligt sich in vollem Umfang an der Lehre.

Wir arbeiten in zwei Arbeitsgruppen an einem breiten Themenspektrum der Weltraumforschung. Zudem sind wir an mehreren Missionen von ESA und NASA beteiligt.

Gab oder gibt es Leben auf dem Mars und sind bemannte Marsmissionen möglich? Um diese Fragen zu beantworten, messen Forschende der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) die Strahlung auf dem roten Planeten. Seit der Landung am 6. August 2012 sammelt der von ihnen entwickelte Strahlenmonitor RAD (Radiation Assessment Detector) an Bord des Marsrovers Curiosity dazu Daten auf dem Mars. Die Informationen von den ersten 300 Marstagen von der Marsoberfläche wurden nun ausgewertet und 9. Dezember, im renommierten Fachmagazin Science veröffentlicht.

Die Studie ist eine Kooperation von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern vom Institut für Experimentelle und Angewandte Physik der CAU, der NASA, des Southwest Research Institute in Boulder, Colorado, und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt. Darin berechneten sie die Strahlenbelastung für einen Menschen für einen 500 Tage dauernden Aufenthalt auf dem Mars. Die beträgt für die aktuelle Sonnenaktivität 0.32 Sievert. In einer früheren Studie wurde bereits die Strahlenbelastung für eine 360 Tage dauernden Hin- und Rückreise vom Mars ermittelt. In einem Raumschiff mit derselben Abschirmung wie sie Curiosity hatte, beträgt die Strahlenbelastung für die Hin- und Rückreise 0.66 Sievert.

Damit liegt die Gesamtbelastung etwas über der Grenze von ungefähr 0,8 Sievert, der Astronautinnen und Astronauten in ihrer gesamten Laufbahn ausgesetzt sein dürfen. Insgesamt führt diese Strahlenbelastung zu einer Erhöhung des Krebsrisikos um zirka 5 Prozent. Dieses Risiko ist unvergleichlich kleiner, als das, welches eine Raucherin oder ein Raucher eingeht. Rauchen erhöht zum Beispiel das Risiko, an Lungenkrebs zu erkranken, um etwa 1500 Prozent.

„Die gewonnen Daten sind ein wichtiger Schritt für die Realisierung einer bemannten Marsmission und können helfen, Astronautinnen und Astronauten auf zukünftigen Missionen beispielsweise durch eine bessere Abschirmung des Raumschiffs oder durch eine sichere Behausung auf dem Mars zu schützen“, sagt der Kieler Professor Robert Wimmer-Schweingruber. Sie erlauben aber auch eine Abschätzung, wie lange und wie tief im Boden etwaiges Leben auf dem Mars überleben könnte. Darüber hinaus auch, wie lange Signaturen von vergangenem Leben in den Oberflächenschichten noch nachgewiesen werden können.

Originalpublikation:

The Radiation Environment on the Surface of Mars measured with the Mars Science Laboratory’s Curiosity Rover; Donald M. Hassler, Cary Zeitlin, Robert F. Wimmer-Schweingruber, Bent Ehresmann, Scot Rafkin, Jennifer L. Eigenbrode, David E. Brinza, Gerald Weigle, Stephan Böttcher, Eckart Böhm, Soenke Burmeister, Jingnan Guo, Jan Köhler, Cesar Martin, Guenther Reitz, Francis A. Cucinotta, Myung-Hee Kim, David Grinspoon, Mark A. Bullock, Arik Posner, Javier Gómez-Elvira11, Ashwin Vasavada, and John P. Grotzinger, and the MSL Science Team; Science 2013 (DOI: 10.1126/ science. 1244797).

Abrufbar unterwww.sciencemag.org/content/early/recent.

Um Astronautinnen und Astronauten zum Mars schicken zu können, ist es entscheidend, die Strahlung innerhalb eines Raumschiffs während der Reise durchs All zu kennen. Jetzt sind die ersten Daten des von Wissenschaftlern der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) entwickelten Strahlenmonitors RAD (Radiation Assessment Detector) an Bord des Marsrovers „Curiosity“ ausgewertet. Die Daten, die auf dem Weg zum roten Planeten gemessen wurden, zeigen: Bemannte Missionen sind machbar. Im renommierten Fachmagazin Science wurden am Donnerstag, dem 30. Mai 2013, die ersten Ergebnisse veröffentlicht.

Die Strahlung, die RAD auf dem 253 Tage dauernden unbemannten Flug zum Mars gemessen hat, entspricht der Strahlung, der eine Astronautin oder ein Astronaut im Raumschiff ausgesetzt sein würde. „Zwei Arten von Strahlung stellen ein Risiko für Astronauten im Weltraum dar: Der Großteil der Strahlenbelastung wird durch die relativ konstante kosmische Strahlung erzeugt. Der zweite Teil entsteht durch kurzfristige Einwirkung solarer energiereicher Teilchen, welche in Sonneneruptionen erzeugt wurden“, sagt Professor Robert Wimmer-Schweingruber, dessen Arbeitsgruppe das Messgerät baute.

In der Studie berechneten die Wissenschaftler in Kooperation mit der NASA, dem Southwest Research Institute in Boulder, Colorado, und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt, die Gesamtbelastung für einen Menschen auf einer 360 Tage dauernden Hin- und Rückreise vom Mars. Sie beträgt bei ähnlicher Raumschiffabschirmung und Sonnenaktivität durchschnittlich ungefähr 0,67 Sievert. „Damit liegt die Belastung noch unter der Grenze von ungefähr 0,8 Sievert, die Astronauten in ihrer gesamten Laufbahn ausgesetzt sein dürfen. Bemannte Missionen sind also machbar, jedoch nicht unkritisch“, erklärt Physiker Wimmer-Schweingruber.

Die Daten, die RAD von unterwegs zur Erde schickte und seit der Landung von „Curiosity“ von der Marsoberfläche funkt, müssen nun weiter ausgewertet und bewertet werden. Das Messgerät wird von den Kieler Physikern von der Erde aus laufend optimiert, um möglichst exakte Werte zu bekommen. Die gewonnen Daten sind ein wichtiger Schritt für die Realisierung einer bemannten Marsmission und können helfen, Astronautinnen und Astronauten auf zukünftigen Missionen beispielsweise durch eine bessere Abschirmung des Raumschiffs besser zu schützen.

Originalpublikation:

Measurements of Energetic Particle Radiation in Transit to Mars on the Mars Science Laboratory; C. Zeitlin, D. M. Hassler, F. A. Cucinotta, B. Ehresmann, R. F. Wimmer-Schweingruber, D. E. Brinza, S. Kang, G. Weigle, S. Böttcher, E. Böhm, S. Burmeister, J. Guo, J. Köhler, C. Martin, A. Posner, S. Rafkin, and G. Reitz; Science 31 May 2013: Vol. 340 no. 6136 pp. 1080-1084, DOI: 10.1126/science.1235989.

Pressemitteileilung.

weitere Informationen zu RAD.

weitere Informationen zu MSL.

Innerhalb von nur sieben Minuten soll die NASA Raumsonde Mars Science Laboratory (MSL) auf unserem Nachbarplaneten landen. Seit acht Monaten ist sie mit etwa 21.000 Kilometern pro Stunde zum Mars unterwegs. Am 6. August um 07:31 Uhr morgens wird Curiosity auf unserem Nachbarplaneten landen. Die präzise geplante Landung verbindet eine Reihe von neuen Techniken, die den Mars-Rover mit der Geschwindigkeit eines Fußgängers sanft auf der Oberfläche aufsetzen soll. Mit an Bord ein Kieler Messinstrument, der Radiation Assessment Detector. Wir laden Sie ein, die Landung mit uns, den beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, im Max-Planck-Hörsaal des Instituts für Experimentelle und Angewandte Physik live mit zu verfolgen. Ab 6:30 Uhr geht es los.

weitere Informationen und Liveübertragung.

Die Chancen für den Start einer weiteren Marsmission stehen gut. Die amerikanische Weltraumorganisation NASA will am Samstag, 26. November, um 16:02 Uhr mitteleuropäischer Zeit eine schubstarke Atlas V Rakete mit dem Mars Science Laboratory, kurz MSL, auf eine etwa neunmonatige Reise zu unserem Nachbarplaneten schicken. Mit an Bord befindet sich auch eine am Institut für experimentelle und angewandte Physik der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) entwickelte Sensoreinheit eines Strahlungsmessers. Dieser gehört zur Ausrüstung des mitgeführten Rovers „Curiosity“. Das Instrument aus Kiel wird erstmals die Strahlungswerte direkt auf der Marsoberfläche messen

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Am 4. Oktober wurde die ESA-Mission Solar Orbiter definitv ausgewählt. Solar Obiter soll erforschen, wie die Sonne die Heliosphaere erzeugt und kontrolliert. Die wissenschaftliche Nutzlast besteht aus zehn Instrumenten, das IEAP ist an 4 davon beteiligt, an einem mit einer massiven Hardwarebeteiligung. Die Abteilung Extraterrestrische Physik baut die vier Sensoren EPT, HET, SIS und STEIN, welche energiereiche Teilchen von der Sonne in verschiedenen Energiebereichen messen sollen.

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Der in Kiel entwickelte Flight Radiation Environment Detector (FRED) hat erfolgreich an der BEXUS13-Ballonflug-Kamapagne teilgenommen. Im Rahmen des von der Deutschen Raumfahrtagentur DLR und der Schwedischen Nationalen Raumfahrt-Behörde SNSB koordinierten Studentprogramms REXUS/BEXUS wurde die Flughöhenabhängigkeit der Strahlenexposition in der Atmosphäre untersucht. Der Ballon ist am 28.09.11 in ESRANGE in der nähe von Kiruna in Nordschweden gestartet und erreichte eine höhe von 25 km.

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