¿Qué le sucedería a un astronauta en la superficie de Marte si una superllamarada similar al evento de Carrington golpeara el planeta rojo?

Hay una revisión detallada de los efectos del clima espacial en los humanos en el espacio por Townsend [2021] . Destacan varios eventos de partículas energéticas solares (SEP) que habrían superado los límites de daño de órganos a corto plazo de 30 días de observaciones recientes, todos los cuales probablemente sean más débiles que el evento de Carrington .. También proporcionan los límites de dosis para los órganos formadores de sangre (BFO), el corazón, la piel, los ojos y el sistema nervioso central (SNC) durante 30 días, 1 año y carrera para brindarle al lector una referencia de referencia. Todos estos valores caen en el rango de 250--1500 mGy-Eq (milliGray-Equivalent) durante 30 días. La mayoría de las estimaciones de exposición para eventos SEP recientes como el del 14 de julio de 2000 son >1000 mGy, es decir, se excedería el límite de dosis de 30 días en cuestión de minutos.

Examinan un gran evento en el año 775 d. C. que habría causado enfermedad por radiación y/o muerte tanto en hombres como en mujeres, incluso con 40 g cm ^-2 de blindaje de aluminio (los valores típicos utilizados son ~5-10 g cm ^-2 ).

Actualización
Como referencia, el síndrome hematopoyético (síndrome de la médula ósea) comienza con síntomas leves a ~0,3 Gy (Gy = Gray = J/kg = energía media impartida/depositada por unidad de masa) y los síntomas graves ocurren alrededor de 0,7 Gy. El síndrome gastrointestinal comienza alrededor de los 6 Gy y es grave alrededor de los 10 Gy. El síndrome cardiovascular/del sistema nervioso central (el más grave) comienza alrededor de los 20 Gy y muestra expresión completa por encima de los 50 Gy.

Marte está solo ~50% más lejos del Sol que la Tierra. La dependencia radial de la intensidad máxima de SEP depende de la conexión de la línea del campo magnético a la fuente, pero generalmente cae como$r^{-3}$[p. ej., véase Lario et al. , 2013 ]. Entonces, la intensidad máxima en Marte sería hasta un 70% más débil que la que se ve en la Tierra.

Mi respuesta original se escribió principalmente para enfatizar que, si bien uno puede obtener cierta protección de la atmósfera marciana y los campos magnéticos remanentes, esto no tiene en cuenta el viaje de ~ 6-9 meses desde la Tierra a Marte, donde los astronautas tendrían muy poco, si es que algo. , protección contra partículas con energías >10 MeV.

Entonces, si entiendo correctamente los resultados encontrados en https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2018SW001921 , incluso con 30 g$cm^{-2}$de blindaje de aluminio se acumularía más de 1 mGy/día (el número salta a >100 mGy/día a 1 g$cm^{-2}$de blindaje de aluminio). Si asumimos el tiempo de viaje más bajo de ~6 meses (~180 días), entonces la dosis acumulada podría superar los 0,18 Gy (18 Gy) de la Tierra a Marte. Por supuesto, esto supone un evento SEP todos los días, por lo que es probable que el valor real sea menor.

El evento simulado en este documento ocurrió del 10 al 14 de septiembre de 2017. Fue un evento decente, pero de ninguna manera un evento extremo. El documento dice "...uno de los eventos SEP más intensos de los últimos años...", lo cual es completamente exacto ya que ha habido muy pocos eventos SEP desde el comienzo del mínimo solar en 2006-2008, es decir, esto ha sido un ciclo solar muy débil. A modo de comparación, la intensidad máxima de los protones de >1 MeV en el evento de septiembre de 2017 se registró a unos pocos x$10^{4} \ cm^{-2} s^{-1} sr^{-1}$. Los flujos máximos de protones de ~1 MeV para el evento Bastille Eay (es decir, julio de 2000) superaron los 1000$cm^{-2} s^{-1} sr^{-1} MeV^{-1}$o en las unidades del papel de septiembre de 2017$\sim10^{9} \ cm^{-2} s^{-1} sr^{-1}$[por ejemplo, Tylka et al., 2001 ]. Es decir, los flujos de protones del evento Bastille Eay fueron más de 5 órdenes de magnitud mayores. Así que incluso si tomamos en cuenta la$r^{-3}$a Marte, una caída del 70% no reducirá 5 órdenes de magnitud hasta el evento de septiembre de 2017.

Todo esto se basa en el peor de los casos, que debe planificarse porque, como se muestra arriba para el evento Bastille Eay, un evento podría terminar literalmente la misión antes de que los astronautas lleguen a Marte. Además, el evento Bastille Eay generó mejoras a nivel del suelo (GLE) , es decir, ¡el evento fue tan fuerte que las partículas cargadas (y los neutrones) llegaron a la superficie de la Tierra! Es decir, penetraron más allá del campo magnético de la Tierra y de su atmósfera. La atmósfera de Marte es aproximadamente ~1% del volumen de la atmósfera de la Tierra. El campo magnético de la Tierra supera los 65.000 nT en algunos lugares, mientras que el de Marte alcanza un máximo de alrededor de 1500 nT, es decir, el de la Tierra es más de 40 veces más fuerte.

Las razones anteriores son por qué mi respuesta original argumentaba que Marte proporcionaría poca protección contra un evento fuerte como el de Bastille Eay en 2000.

Estarías relativamente protegido en Marte, debido principalmente a la atmósfera. Directamente arriba, tiene ~ 16 g/cm ^ 2 de atmósfera de CO2 en promedio, mucho más a lo largo de las líneas de visión más cercanas al horizonte, y todo el planeta bloquea la radiación desde abajo, reduciendo la exposición a la radiación en varios órdenes de magnitud. También hay una variación significativa entre el día y la noche que se correlaciona con las variaciones de la presión atmosférica, por lo que las actividades de superficie necesarias se pueden realizar durante la noche para reducir el riesgo y, por supuesto, Marte tiene mucho material para proteger las estructuras habitacionales. La atmósfera es más delgada en lo alto, ahí es donde querrías la mayor protección ... para la arquitectura marciana, piensa en techos gruesos y colgantes.

"El evento de partículas solares del 10 al 13 de septiembre de 2017: reconstrucción espectral y cálculo de la exposición a la radiación en la aviación y el espacio" proporciona este gráfico que contrasta la exposición en el espacio interplanetario con la esperada en Marte y a gran altitud en la atmósfera terrestre:

Riesgos de radiación en una misión a Marte para un evento de partículas solares similar al evento AD 993/4 proporciona un análisis de un evento mucho más grande, comparable a uno que ocurrió en AD 993-994. La conclusión es que la atmósfera, el planeta mismo y algunos escudos adicionales brindarán suficiente protección contra eventos comparables. El blindaje atmosférico es suficiente para evitar los efectos agudos a corto plazo incluso sin blindaje.

En resumen, los colonos de Marte deberán prestar atención al clima solar y tomar precauciones razonables, pero no deberían tener ninguna dificultad particular para lidiar con estos problemas.

La respuesta simple es: no matará de inmediato, pero dependiendo de la duración de la exposición antes de llegar a un área protegida, definitivamente causaría enfermedad por radiación, lo que resultaría en una gran cantidad de síntomas similares a los síntomas registrados después de la exposición a radiactivos. consecuencias durante el accidente del reactor de Chernobyl (como cáncer, daños neuronales de algunos tipos, etc.). Pero todos esos problemas son efectos a largo plazo.

La armósfera y los trajes que llevan los astronautas ya proporcionarían un escudo relativamente bueno contra una gran parte de la radiación. Así que asumiría que la exposición de varias horas definitivamente no sería saludable, pero sí manejable.

Una base subterránea protegería fácilmente a los astronautas de la radiación, ya que el regolito es muy bueno para bloquearla, por lo que algunos planes de bases en Marte incluyen módulos enterrados bajo tierra.