| | Schnell, schneller, am schnellsten: Im Ringbeschleuniger des GSI Helmholtzzentrums werden Ionen auf bis zu 90 Prozent der Lichtgeschwindigkeit gebracht. Mit Hilfe der gelb und rot angemalten Elektromagneten wird der Ionenstrahl in der Beschleunigerröhre (rechts im Bild) gelenkt und gebündelt. Foto: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, A Zschau

Jede Sonde, jeder Satellit und jeder Astronaut sind im Weltall der kosmischen Strahlung ausgesetzt. Die Strahlung setzt sich aus verschiedenen Teilchen zusammen. Protonen gehören dazu, sie sind zusammen mit den Neutronen die Bausteine von Atomkernen. Was geschieht, wenn diese energiereichen Teilchen auf einen Satelliten oder ein Teleskop treffen, das wollen die Wissenschaftler und Ingenieure von GSI und Esoc herausfinden, indem sie die Zusammenstöße im Weltall in einem Ringbeschleuniger des Helmholtzzentrums simulieren.
Er hat einen Umfang von 216 Metern. Die Teilchenstrahlen können darin in mehreren hunderttausend Umläufen auf bis zu 90 Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden.
Die Wirkung der kosmischen Strahlung auf den Menschen wird bereits seit einigen Jahren von der GSI und dem ESA-Zentrum für Weltraumforschung- und Technologie untersucht. Was die Wirkung auf Materialien und Elektronik angeht, sind die Wissenschaftler in der Anfangsphase, wie Markus Landgraf dem ECHO erzählt.
Er ist als Missionsanalyst beim ESOC für die Planung von Weltraum-Missionen zuständig. Wenn eine Rakete ein Teleskop ins Weltall bringen soll, dann planen Landgraf und sein Team die Flugbahn vom Kontrollzentrum aus so, dass die Rakete möglichst wenig Kontakt mit dem Strahlengürtel der Erde hat.
Durch das Magnetfeld der Erde konzentrieren sich dort eine große Anzahl energiereich geladener Teilchen. Einige von ihnen können dem Teleskop gefährlich werden, andere weniger. Da die Wissenschaftler aber über die genaue Wirkung der einzelnen Strahlungsarten zu wenig wissen, gehen sie lieber auf Nummer sicher – und planen einen Umweg ein. „Die Flugbahn ist eher suboptimal“, sagt Landgraf. Und mehr Sprit verbraucht ein solches Manöver auch.
Die Schäden, die die Strahlung anrichten kann, sind unterschiedlich. Je nachdem, welche Teilchen mit welchen Energien auf einen Satelliten wirken, können ganz unterschiedliche Effekte auftreten. Die optische Oberfläche eines Teleskops kann etwa durch den Beschuss der Teilchenstrahlung erblinden. Durch den Beschuss bilden sich Kristalle, erklärt Landgraf: „Das ist ein Effekt wie Milchglas.“ Treffen hingegen geladene Teilchen auf den Bordcomputer eines Satelliten, können sie einen Kurzschluss verursachen und die Bits verdrehen: „Damit wird ein Teil der Software umgeschrieben“, so der Ingenieur. Das könne die ganze Mission gefährden.
Eine dicke Schutzschicht allein genügt nicht, das haben die Strahlen- und Astrobiologen der GSI bereits herausgefunden. Die eher geringe Sekundärstrahlung schädigt menschliches Gewebe stärker als Hochenergiestrahlung. Ein Ergebnis, das sich auch auf die empfindliche Elektronik eines Bordcomputers übertragen lässt. „Auch Sonnenstürme sind ungesund“, so Landgraf. Er ist sicher, dass das neue Projekt hilft, die Strahlenteilchen besser einschätzen und damit Missionen künftig effizienter planen zu können.