Fermi beobachtet den Mond im Gammabereich

Diese Bilder zeigen die stetige Verbesserung der Beobachtungen des Mondes im Gammabereich. Die Daten basieren auf Daten des Large Area Telescope an Bord des Weltraumteleskops Fermi. (Credits: NASA / DOE / Fermi LAT Collaboration)
Diese Bilder zeigen die stetige Verbesserung der Beobachtungen des Mondes im Gammabereich. Die Daten basieren auf Daten des Large Area Telescope an Bord des Weltraumteleskops Fermi. (Credits: NASA / DOE / Fermi LAT Collaboration)

Wenn man hochenergetische Strahlung – Gammastrahlung – sehen könnte, würde der Mond heller erscheinen als die Sonne. So hat das Fermi Gamma-ray Space Telescope der NASA unseren Nachbar im Weltraum in den letzten zehn Jahren beobachtet.

Gammabeobachtungen sind nicht empfindlich genug, um die Gestalt der Mondscheibe oder irgendwelche Oberflächenstrukturen deutlich zu erkennen. Stattdessen registriert Fermis Large Area Telescope (LAT) ein auffälliges Leuchten, das auf die Position des Mondes am Himmel zentriert ist.

Mario Nicola Mazziotta und Francesco Loparco vom National Institute of Nuclear Physics in Bari (Italien) haben die Gammaemissionen des Mondes analysiert, um einen anderen Strahlungstyp aus dem Weltraum besser zu verstehen: schnelle Teilchen, die als kosmische Strahlen bezeichnet werden.

“Kosmische Strahlen sind hauptsächlich Protonen, die durch einige der energiereichsten Phänomene im Universum beschleunigt wurden, beispielsweise die Schockwellen explodierender Sterne und Jets von Schwarzen Löchern, die beim Verschlingen von Materie entstehen”, erklärte Mazziotta.

Weil die Teilchen elektrisch geladen sind, werden sie stark von Magnetfeldern beeinflusst, die der Mond aber nicht besitzt. Infolge dessen können sogar energiearme kosmische Strahlen seine Oberfläche erreichen und den Mond in einen handlichen, weltraumbasierten Teilchendetektor verwandeln. Wenn kosmische Strahlen auftreffen, interagieren sie mit der puderähnlichen Oberfläche des Mondes – dem Regolith –, um Gammaemissionen zu produzieren. Der Mond absorbiert den Großteil dieser Gammastrahlen, aber einige von ihnen entkommen.

Mazziotta und Loparco analysierten Mondbeobachtungen des LAT, um zu zeigen, wie sich die Qualität im Laufe der Mission verbessert hat. Sie trugen Daten zu Gammastrahlen mit Energien oberhalb von 31 Millionen Elektronenvolt zusammen – das ist zehn Millionen Mal mehr als die Energie von sichtbarem Licht. Die Wissenschaftler ordneten die Daten nach der Zeit, was zeigte, wie längere Belichtungen die Qualität verbesserten. “In diesen Energien beobachtet, würde der Mond nie seine monatlichen Phasen durchlaufen und würde immer voll erscheinen”, sagte Loparco.

Weil die NASA vorhat, mit dem Artemis-Programm bis zum Jahr 2024 wieder Menschen auf den Mond zu bringen, und das Ziel hat, Astronauten zum Mars zu schicken, hat das Verständnis verschiedener Aspekte der Mondumgebung neue Bedeutung erlangt. Diese Gammabeobachtungen sind eine Erinnerung daran, dass Astronauten auf dem Mond Schutz vor den gleichen kosmischen Strahlen benötigen werden, die diese hochenergetische Gammastrahlung produzieren.

Während das Gammaleuchten des Mondes überraschend und beeindruckend ist, strahlt die Sonne heller im Gammabereich mit Energien oberhalb von einer Milliarde Elektronenvolt. Kosmische Strahlen mit geringeren Energien erreichen die Sonne nicht, weil ihre starken Magnetfelder sie aussondern. Aber viel energiereichere kosmische Strahlen können diesen magnetischen Schild durchdringen und die dichtere Atmosphäre der Sonne treffen, wobei sie Gammastrahlen erzeugen, die Fermi registrieren kann.

Obwohl der Mond im Gammabereich keine monatlichen Phasen zeigt, verändert sich seine Helligkeit mit der Zeit. Die LAT-Daten offenbaren, dass die Helligkeit des Mondes während des elfjährigen Sonnenaktivitätszyklus um etwa 20 Prozent variiert. Die Variationen bei der Intensität des solaren Magnetfeldes während des Sonnenzyklus verändern die Rate der kosmischen Strahlen, die den Mond erreichen, was die Erzeugung von Gammastrahlen beeinflusst.

Quelle

(THK)

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