Plasmaschirm als Raumschiff-Schutz?

Wie lassen sich Astronauten auf Langstreckenflügen gegen die tödliche kosmische Strahlung schützen? Eine ungewöhnliche Antwort auf diese Frage hat jetzt ein internationales Forscheteam experimentell getestet: ein Schirm aus magnetisiertem Plasma, der wie eine Blase das Raumschiff umgibt. Klingt verdächtig nach „Raumschiff Enterprise“, könnte aber tatsächlich eine vielversprechende Lösung für zukünftige Flüge zum Mars sein.

Der Sonnenwind und kosmische Strahlung sind eine tödliche Gefahr für Astronauten im Weltraum. Ausbrüche auf der Sonne führen sehr plötzlich und ohne viel Vorwarnzeit zu Sonnenstürmen und damit einer extrem hohen Belastung durch energiereiche Teilchenströme. Wer ihnen ungeschützt ausgesetzt wird, kann Zell- und Erbgutschäden davontragen und den Strahlentod erleiden. Auf der Erde schirmt das Magnetfeld die Oberfläche gegen die kosmische Strahlung ab, doch im Raumschiff fehlt dieser Schutz.

Die Astronauten der Apollo-Mondflüge waren jeweils nur rund acht Tage im All unterwegs und schafften es aus purem Glück, jeweils sturmlose Perioden zu erwischen. Anders wäre es jedoch bei einem Flug zum Mars: Bei einer Flugdauer von ungefähr 18 Monaten ist es nicht zu vermeiden, dass die Astronauten mindestens einem Sturm ausgesetzt wären. Was also tun?

Magnetfeld allein reicht nicht

Eine ungewöhnliche Idee hatten Forscher des Rutherford Appleton Laboratoriums, der Universität von York, der IST Lissabon und der Universität von Umea. Sie experimentierten mit einem mobilen Magnetschirm, einer Art Blase aus Magnetfeldlinien, die die schädliche Strahlung ablenkt und so die Insassen eines Raumschiffs abschirmt. Die Idee für einen solchen Magnetschirm existiert bereits seit den 1960er Jahren, damals jedoch glaubte man, dass nur eine mehr als 100 Kilometer große Blase ausreichend Schutz bieten würde.

Magnetisiertes Plasma hält die geladenen Teilchen des Sonnensturms auf. Das Magnetfeld dient gleichzeitig als Stabilisator für den Plasmaschirm. © Umeå University

Plasma gegen Teilchensturm

Doch neue Computersimulationen hatten bereits im letzten Jahr belegt, dass schon ein Magnetfeld von ein paar hundert Metern als Schutz genügt – wenn dieses nicht nur aus Magnetfeldlinien besteht, sondern aus einer Schicht von magnetisiertem Plasma. In einem Plasma trennen sich die Atome in geladene Komponenten – Elektronen und positive Ionen – auf. Dadurch entsteht ein elektrisches Feld, dass für die ebenfalls geladenen Teilchen des Sonnenwinds wie eine Barriere wirkt. Das zusätzliche Magnetfeld sorgt dafür, dass Energie und Teilchen seitlich abgeleitet werden und trägt zudem dazu bei, das Plasma des Schirms zu kontrollieren.

Mini-Sonnenwind im Labor

Jetzt hat das internationale Forscherteam diese theoretischen Modelle auch experimentell bestätigt. Dabei nutzen sie ein Gerät, dass ursprünglich für die Fusionsforschung entwickelt worden war, um eine Art Mini-Sonnenwind im Labor zu erzeugen. Schon eine kleine Magnetblase, so ergaben die Tests, reicht aus, um in diesem Teilchenstrom ein Loch zu erzeugen, in dem die Gesundheitsgefahr gebannt wäre.

„Schon diese ersten Experimente sind sehr vielversprechend“, erklärt Ruth Bamford vom Rutherford Appleton Laboratorium. „Sie machen Hoffnung dass es möglich sein könnte, Astronauten vor den tödlichen komischen Strahlen zu schützen.“ Sollte diese Technologie eines Tages tatsächlich eingesetzt werden, wären die Schutzschilde der „Enterprise“ und ähnlichen Sciencefiction-Raumschiffen Wirklichkeit geworden.

(Schwedischer Forschungsrat, 26.11.2008 – NPO)