Plan je een reis naar Mars? Neem voldoende afscherming. Volgens sensoren op NASA's ACE (Advanced Composition Explorer) ruimtevaartuig hebben galactische kosmische straling net een ruimtetijdperk bereikt.
"In 2009 zijn de intensiteit van de kosmische straling met 19% gestegen, meer dan wat we de afgelopen 50 jaar hebben gezien", zegt Richard Mewaldt van Caltech. "De toename is aanzienlijk, en het zou kunnen betekenen dat we opnieuw moeten nadenken hoeveel astronauten die straling afschermen meenemen op verre ruimtemissies."
De oorzaak van de stijging is het minimum voor zonne-energie, een diepe stilstand van de zonneactiviteit die rond 2007 begon en vandaag voortduurt. Onderzoekers weten al lang dat kosmische straling omhoog gaat als de zonneactiviteit daalt. Op dit moment is de zonneactiviteit even zwak als in de moderne tijd, wat de weg bereidt voor wat Mewaldt noemt "een perfecte storm van kosmische straling".
"We ervaren het diepste minimum van de zon in bijna een eeuw", zegt Dean Pesnell van het Goddard Space Flight Center, "dus het is geen verrassing dat kosmische straling zich op recordniveau voor het ruimtetijdperk bevindt."
Galactische kosmische straling komt van buiten het zonnestelsel. Het zijn subatomaire deeltjes - voornamelijk protonen maar ook enkele zware kernen - die door supernova-explosies op afstand tot bijna lichte snelheid worden versneld. Kosmische straling veroorzaakt 'luchtdouches' van secundaire deeltjes wanneer ze de atmosfeer van de aarde raken. Ze vormen een gevaar voor de gezondheid van astronauten. En een enkele kosmische straal kan een satelliet uitschakelen als deze een ongelukkig geïntegreerd circuit raakt.
Het magnetische veld van de zon is onze eerste verdedigingslinie tegen deze sterk geladen, energetische deeltjes. Het hele zonnestelsel van Mercurius tot Pluto en daarbuiten is omgeven door een bubbel van magnetisme van de zon genaamd "de heliosfeer". Het springt uit de innerlijke magnetische dynamo van de zon en wordt opgeblazen tot gigantische proporties door de zonnewind. Wanneer een kosmische straal probeert het zonnestelsel binnen te gaan, moet hij vechten door de buitenste lagen van de heliosfeer; en als het binnen komt, is er een struikgewas van magnetische velden die wachten om de indringer te verstrooien en af te buigen.
"In tijden van lage zonneactiviteit wordt deze natuurlijke afscherming verzwakt en kunnen meer kosmische straling het binnenste zonnestelsel bereiken", legt Pesnell uit.
Mewaldt somt drie aspecten op van het huidige minimum voor zonne-energie die worden gecombineerd om de perfecte storm te creëren:
(1) Het magnetische veld van de zon is zwak. "Er is een sterke afname van het interplanetaire magnetische veld (IMF) van de zon tot slechts 4 nanoTesla (nT) van typische waarden van 6 tot 8 nT", zegt hij. "Dit record-lage IMF draagt ongetwijfeld bij aan de record-hoge kosmische straling fluxen."
(2) De zonnewind slaat aan. "Metingen door het Ulysses-ruimtevaartuig laten zien dat de zonnewinddruk op een laag niveau van 50 jaar staat", vervolgt hij, "dus de magnetische bel die het zonnestelsel beschermt, wordt niet zo vaak opgeblazen." Een kleinere bel geeft kosmische straling een kortere opname in het zonnestelsel. Zodra een kosmische straal het zonnestelsel binnenkomt, moet deze "stroomopwaarts" zwemmen tegen de zonnewind. De zonnewindsnelheden zijn in 2008 en 2009 gedaald tot zeer lage niveaus, waardoor het gemakkelijker dan normaal is om een kosmische straal door te laten gaan.
(3) Het huidige blad wordt vlakker. Stel je voor dat de zon een ballerina's rok draagt die zo breed is als het hele zonnestelsel, met een elektrische stroom die langs de golvende plooien stroomt. Dat is het 'heliosferische stroomvel', een uitgestrekte overgangszone waar de polariteit van het magnetische veld van de zon verandert van plus (noord) naar min (zuid). Het huidige vel is belangrijk omdat kosmische straling de neiging heeft om door zijn plooien te worden geleid. De laatste tijd is het huidige vel zichzelf aan het afvlakken, waardoor kosmische straling meer directe toegang heeft tot het innerlijke zonnestelsel.
"Als de afvlakking doorgaat zoals in eerdere minima voor de zon, zouden we de fluxen van kosmische straling helemaal tot 30% boven de vorige hoogtepunten van het ruimtetijdperk kunnen zien springen", voorspelt Mewaldt.
De aarde is niet in groot gevaar door de extra kosmische straling. De atmosfeer en het magnetische veld van de planeet vormen samen een formidabel schild tegen ruimtestraling en beschermen mensen op het oppervlak. Inderdaad, we hebben stormen veel erger doorstaan dan dit. Honderden jaren geleden waren de kosmische straalfluxen minstens 200% hoger dan nu. Onderzoekers weten dit omdat wanneer kosmische straling de atmosfeer raakt, ze de isotoop beryllium-10 produceren, die wordt bewaard in poolijs. Door ijskernen te onderzoeken, is het mogelijk om kosmische straalfluxen meer dan duizend jaar in het verleden te schatten. Zelfs met de recente golf zijn de kosmische stralen vandaag veel zwakker dan ze in het afgelopen millennium zijn geweest.
"Het ruimtetijdperk heeft tot dusver een tijd van relatief lage kosmische straling meegemaakt", zegt Mewaldt. 'Misschien keren we nu terug naar niveaus die typisch zijn voor de afgelopen eeuwen.'
NASA-ruimtevaartuigen zullen de situatie blijven volgen naarmate het minimum voor zonne-energie zich ontvouwt. Blijf op de hoogte voor updates.
