The SWEET method for complementing instrument data on solar energetic particle events at Mars

Abstract

Kunnskap om strålingsmiljøet på Mars blir stadig viktigere ettersom flere romfartsorganisasjoner er i god gang med å planlegge de aller første bemannede ekspedis- jonene til Mars. Astronauter som tilbringer utvidet tid i verdensrommet kan bli utsattt for farlige strålingsdoser, mens instrumenter kan bli skadet fra romværhendelser. Spesielt er solenergipartikler (SEPs) en fare ettersom de kan overføre store strålingsdoser på korte tidsskalaer, på toppen av den galaktiske bakgrunnstrålingen som alltid er tilstede. Strålingsmiljøet på Mars er generelt tøffere enn på jorden, på grunn av den tynnere atmosfæren og mangelen på et globalt magnetfelt. Likevel er det få romoppdrag som har instrumenter dedikert til overvåking av SEPs. Imidlertid har alle romfartøyer flere sensorer for å overvåke instrumenthelse, fordelt i forskjellige undersystemer. Enkelte, som parameteren Error Detection and Correction (EDAC), reagerer på romvær.

Hovedmålet med denne masteroppgaven er å demonstrere hvordan Space Weather Event EDAC Tracker (SWEET) kan utfylle data fra instrumenter i bane rundt Mars og på overflaten av Mars under romværhendelser. Utviklingen av SWEET, en rutine for å oppdage SEP-stormer og Forbush decreases i en EDAC-teller fra Mars Express (MEX), fortsetter i dette arbeidet der spesialiseringsprosjektet slapp. Energiene som kreves for å forårsake økninger i EDAC-telleren undersøkes nærmere, og viser seg å være lavere enn det som har blitt tidligere estimert. Siden MEX EDAC har kontinuerlige data som går helt tilbake til 2004, finner SWEET solstormer i løpet av en tidsperiode på nesten to komplette solaktivitetssykluser, og et estimat av antall romværhendelser under de ulike solsyklusfasene på Mars oppnås. SWEET er i stand til å gi datoer for solstormer som tidligere ikke har blitt oppdaget av spesialiserte instrumenter. Antall SWEET-deteksjoner følger solaktivitetssyklusen. Avhandlingen illustrerer med flere bevis at EDAC-tellere er svært nyttige for å øke menneskehetens kunnskap om stråling på Mars.

Knowledge of the Martian radiation environment is becoming increasingly important as space agencies are in the process of planning the first manned expeditions to Mars. Astronauts spending extended amounts of time in deep space are exposed to hazardous radiation doses, while instruments suffer damage, some permanent, from space weather events. In particular, Solar Energetic Particles (SEPs) are sporadic and may deliver high doses of radiation on short timescales, on top of the omnipresent energetic Galactic Cosmic Rays background. The radiation environment on Mars is generally harsher than on Earth due to the thinner atmosphere and the lack of a global magnetic field. Still, few space missions carry instruments dedicated to the monitoring of SEPs. However, all spacecraft carry housekeeping sensors distributed in various subsystems. Some, such as the Error Detection and Correction (EDAC) parameter, are responsive to space weather.

The main objective of this work is to demonstrate how the Space Weather Event EDAC Tracker (SWEET) can complement data from instruments in orbit and on the surface of Mars during space weather events. The development of SWEET, a routine to detect SEP events and Forbush Decreases in an EDAC counter from Mars Express (MEX), is continued in this work where the specialization project completed by the author in Fall 2024 left off. The energies required to cause EDAC increments are investigated closer, and are revealed to be less than previous estimations. As the MEX EDAC has continuous data going back to 2004, SWEET finds events during a time period of almost two complete solar activity cycles, and an estimate of the number of space weather events during solar maximum and minimum at Mars is obtained. SWEET reveals dates of events that have previously not been detected by dedicated instrumentation. The number SWEET detections follow the solar activity cycle. The thesis illustrates with substantial evidence that EDAC counters are highly useful to bridge the knowledge gap on radiation at Mars