Das Weltall ist kein lebenswerter Ort, denn es fehlt an Luft zum Atmen und an Schwerkraft. Die größte Herausforderung für die bemannte Raumfahrt ist aber eine andere: die kosmische Strahlung. Sonnenpartikel und Strahlen, die beispielsweise bei Supernovae in der Tiefe des Universums entstehen, prasseln bei Raumfahrtmissionen auf Mensch und Technik ein. Welchen Schaden die Protonen, Heliumkerne und andere hochenergetische Teilchen Material und menschlichem Gewebe zufügen, kann nun erstmals auch in Europa untersucht werden.

Am Teilchenbeschleuniger des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Darmstadt hat ein internationales Team zusammen mit der Weltraumorganisation ESA nämlich einen Simulator für jene kosmische Strahlung errichtet, die in unserer Milchstraße entsteht. In zwei Aufsätzen für das Fachjournal »Life Sciences in Space Research« stellt es den Aufbau und die Leistungsfähigkeit des Simulators vor.

Der etwa drei Meter lange Simulator ist an den bestehenden GSI-Teilchenbeschleuniger angekoppelt, der hochenergetische Ionenstrahlen aller chemischen Elemente erzeugen kann, die es natürlicherweise auf der Erde gibt. Ein im Beschleuniger erzeugter Strahl aus Eisenionen wird zunächst aktiv verändert und durchquert dann im Simulator nacheinander mehrere sogenannte Modulatoren, also Schichten, die sich in Geometrie, Material, Zusammensetzung und Dicke unterscheiden. Dabei entsteht ein Strahlungsfeld, das weitgehend der kosmischen Strahlung entspricht, der Menschen und Material in leicht abgeschirmten Habitaten wie einem Raumfahrzeug ausgesetzt sind.

Neben einem speziellen, durch die NASA betriebenen Labor in den USA ist der Simulator nun die zweite Möglichkeit, kosmische Strahlung auf der Erde nachzubilden. Das ist insbesondere für Langzeitmissionen im Weltraum interessant. Schätzungen zufolge wird jede Zelle eines menschlichen Körpers im Weltraum alle paar Tage von einem Proton, alle paar Wochen von Heliumkernen und alle paar Monate von hochgeladenen und hochenergetischen Partikeln durchquert. Die Folgen können Krebserkrankungen, degenerative Zelleffekte oder Störungen des Zentralnervensystems sein. Auch elektronische Systeme werden durch die Strahlung beeinträchtigt. Mit dem Simulator wollen Forschende besser verstehen, welche Dosen auf Technik und Mensch einwirken und wie sich diese Effekte gezielt steuern oder begrenzen lassen.