Kosmiske stråler strømmer kontinuerlig gjennom solsystemet fra kilder utenfor vårt eget stjernesystem. De kommer fra hendelser som supernovaeksplosjoner og andre energirike prosesser i Melkeveien, og har lenge blitt omtalt som et nærmest jevnt «bakgrunnsregn» av partikler.
Nå tyder nye målinger på at denne strømmen ikke alltid er så uniform som man har antatt. Data fra den kinesiske månelanderen Chang’e 4 viser tegn til et slags «hulrom» i strømmen av kosmiske stråler i rommet mellom Jorden og Månen, som oppstår når himmellegemene og solens magnetfelt står i en bestemt geometrisk posisjon.
Partikler som kan skade mennesker
Galaktiske kosmiske stråler består hovedsakelig av protoner, i tillegg til noen heliumkjerner og en mindre andel tyngre atomkjerner. Fordi dette er ioniserende stråling, kan partiklene slå løs elektroner i materialer – inkludert biologisk vev – og i verste fall skade DNA og øke risikoen for mutasjoner og kreft.
På Jordens overflate er vi i stor grad beskyttet av atmosfæren, som absorberer mesteparten av strålingen. Men for astronauter og personer som oppholder seg høyt i atmosfæren, som piloter på enkelte ruter, er kosmiske stråler en reell strålingsrisiko som må tas med i planlegging og teknologi.
Solaktivitet påvirker nivåene – men ikke alene
Styrken på bakgrunnsstrømmen av galaktiske kosmiske stråler varierer med solaktiviteten. Under perioder med høy solaktivitet kan solvinden og magnetisk uro skjerme solsystemet mer effektivt og dermed redusere hvor mange partikler som slipper inn.
Den nye analysen peker likevel på at også Jordens magnetfelt kan bidra til å endre strålingsnivåene lokalt i Jord–Måne-systemet, i samspill med solens magnetfelt som strekker seg utover i rommet.
Chang’e 4 målte protoner over flere år
Chang’e 4 har siden 2019 stått på månens bakside og målt stråling ved hjelp av instrumentet Lunar Lander Neutron and Dosimetry. Målingene gjøres i hovedsak i måne-dagtid, fordi temperaturen faller for mye når det blir mørkt på månen.
Forskerne samlet inn data fra 31 månesykluser og undersøkte hvordan protonstrømmen endret seg etter hvert som månen beveget seg i sin bane rundt Jorden. I én bestemt del av banen – før lokal «solmiddag» sett fra månen – fant de et område der protonstrømmen var rundt 20 prosent lavere enn i resten av banen.
Et «skyggeområde» skapt av magnetfelt
Forklaringen kan ligge i hvordan solens magnetfelt, som følger solvinden ut i solsystemet, er formet og orientert. Når solen roterer, vrir magnetfeltet seg til en spiralform. I visse situasjoner kan magnetfeltlinjene da orientere seg slik at de kobler månen til et område påvirket av Jordens sterke magnetfelt.
– Generelt kjennetegnes bevegelsen til ladede partikler i et magnetfelt av en spiralformet bevegelse langs magnetfeltlinjene, skriver forskerne.
– Når månen befinner seg i området før lokal solmiddag under slike spiralforhold, kan de lokale magnetfeltlinjene være orientert slik at de kobler månen til Jordens sterke magnetfelt. Dermed påvirkes partikkelbevegelsen langs disse linjene, spesielt protonene vi rapporterer om her, av Jordens sterke magnetfelt, skriver de videre.
Resultatet blir et slags «skyggeområde» i rommet, der færre kosmiske protoner når fram. Når månen passerer gjennom dette området, som ifølge forskerne varer i omtrent to dager, registrerer Chang’e 4 et tydelig fall i protonstrømmen.
Kan få betydning for fremtidige bemannede måneferder
Forskerne mener funnet kan bli nyttig for planlegging av bemannede oppdrag, særlig hvis perioder med lavere strålingsnivå kan forutsies og utnyttes i tidsplanleggingen.
– Dette funnet gir en mulig strategi for oppdragsplanlegging, spesielt for bemannede måneferder og aktiviteter utenfor romfartøy, ettersom operasjoner kan times til å sammenfalle med perioder med lavere stråling for å redusere eksponeringsrisikoen, skriver forskerne.
De understreker også at mer omfattende datasett kan gi bedre forståelse av hvor stort dette «hulrommet» er, og hvordan det oppfører seg over tid. Slik kunnskap kan på sikt bidra til forbedrede strategier for strålingsbeskyttelse, ikke bare i Jord–Måne-systemet, men også nær andre himmellegemer med magnetfelt i solsystemet.
Studien er publisert i tidsskriftet Science Advances.
