Neue Studie: Erdmagnetfeld wirft unerwarteten Schutzschild gegen kosmische Strahlung

Unser Sonnensystem wird ständig von galaktischen kosmischen Strahlen bombardiert: Protonen und Atomkerne, die sich fast mit Lichtgeschwindigkeit aus allen Richtungen durch den Weltraum bewegen. Während das Erdmagnetfeld und die Atmosphäre uns auf der Erde vor dieser gefährlichen Strahlung schützen, ist die Belastung im All so hoch, dass sie eine ernsthafte Gefahr für Astronauten darstellt.

Doch eine aktuelle Auswertung von Daten des chinesischen Mondlanders Chang’e-4, veröffentlicht in der Fachzeitschrift Science Advances, enthüllt nun ein unerwartetes Phänomen: Die Erde wirft einen ausgedehnten Schutzschild aus Magnetfeldern, der sich in einem ungewöhnlichen Winkel weit in den Weltraum erstreckt – mindestens bis zum Mond. Die genaue Reichweite dieses Schutzbereichs ist jedoch noch unklar.

Wenn der Mond auf seiner Umlaufbahn um die Erde diesen Bereich durchquert, verringert sich die Intensität der galaktischen kosmischen Strahlung auf der Mondoberfläche um etwa 20 Prozent. „Wir haben festgestellt, dass die Erde so etwas wie einen Schatten im Raum der galaktischen kosmischen Strahlung wirft“, erklärt Robert F. Wimmer-Schweingruber, Astrophysiker an der Universität Kiel und Mitautor der Studie. „Das war eine absolute Überraschung und für mich das Spannendste an dieser Entdeckung.“

Bisher ging man davon aus, dass das Erdmagnetfeld einen klar definierten Schutzbereich – die sogenannte Magnetosphäre – bildet, die sich als langer „Schweif“ durch den Sonnenwind aus geladenen Teilchen erstreckt. Doch die neuen Daten zeigen, dass dieser Schutzschild nicht nur hinter der Erde wirkt, sondern sich auch in Richtung Sonne ausdehnt und dabei gekippt ist. „Man würde erwarten, dass der Effekt innerhalb des Magnetschweifs oder beim Durchqueren des Schweifs auftritt. Doch wir beobachten eine Reduktion der Strahlung bereits vor dem Schweif“, so Wimmer-Schweingruber.

Brian Flint Rauch, Kosmische-Strahlung-Physiker an der Washington University in St. Louis und nicht an der Studie beteiligt, kommentiert:

„Die beobachtete Region mit reduzierter kosmischer Strahlung auf der sonnenzugewandten Seite der Mondumlaufbahn – außerhalb des Erdmagnetfelds, aber durch den Sonnenwind komprimiert – ist unerwartet. Jede Verringerung der Strahlenbelastung ist für zukünftige Astronauten auf dem Mond von Bedeutung.“

Eine Reduktion um 20 Prozent während eines Teils der Mondumlaufbahn wird zwar kaum den Zeitpunkt für sichere Mondspaziergänge entscheidend beeinflussen. Dennoch könnte sie bei der Planung von Missionen helfen, da Raumanzüge zwar nicht vor kosmischer Strahlung schützen, aber die Metallhüllen von Habitaten oder Landern dies tun.

Chang’e-4: Pioniermission mit bahnbrechenden Erkenntnissen

Die Chang’e-4-Mission der chinesischen Raumfahrtbehörde CNSA war die erste erfolgreiche Landung auf der Rückseite des Mondes. Am 3. Januar 2019 setzte die Sonde im Von-Kármán-Krater auf. An Bord befand sich unter anderem das Lunar Lander Neutron and Dosimetry Experiment (LND), entwickelt von Wimmer-Schweingruber und seinem Team. Dieses Instrument maß nicht nur die Strahlenbelastung auf der Mondoberfläche, sondern lieferte auch die entscheidenden Daten für die aktuelle Studie.