登陆

怎么维护宇航员在月球上不受太空辐射

admin 2019-08-16 309人围观 ,发现0个评论

Credits: NASA

1972年8月,正如NASA科学家Ia怎么维护宇航员在月球上不受太空辐射n Richardson所记住的那样,是炎炎夏日。他在英格兰萨里长大,地步是枯燥的棕色,人们企图呆在室内:远离太阳,开着电视。但那个月的几天,他的电视画面一向时断时续。“不要调整设置,”他回忆起BBC的声明,“高温不会形成搅扰,是由于太阳黑子(sunspots)。”

当年8月4日至7日损坏电视信号的太阳黑子一起也导致了巨大的太阳耀斑(solar flares),即来自太阳的强壮能量迸发。在阿波罗16号和17号使命期间,月球勘怎么维护宇航员在月球上不受太空辐射探器简直遇到太阳迸发。假如其时在轨迹上或在月球外表,它们可能会阅历由迸发引起的激烈辐射。今日,阿波罗年代的耀斑提示人们,留意辐射对太空中技能和宇航员的要挟,了解并猜测太阳迸发对太空探究的安全至关重要。

自1972年太阳风暴以来已有近50年的时间,NASA具有的数据、技能、资源得到了改进,然后推动了空间天气预报和宇航员维护的开展,这是NASA Art怎么维护宇航员在月球上不受太空辐射emis方案(将宇航员送回月球)的要害。

太空辐射是宇航员安全登月的要害要素。NASA正在探究各种办法和技能以平缓太空游览期间不同类型的辐射。

Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center/Joy Ng

太空不是空的

现在,Richardson已是NASA戈达德太空飞行中心(坐落马里兰州格林贝尔特)的科学家,他的研讨方向正是太阳迸发发作的高能粒子。

除了耀斑之外,含有数十亿吨太阳物质的巨大的云偶然会从太阳外表爆破,称之为日冕物质抛射(coronal mass ejection)。越来越多的科学家以为,日冕物质抛射在驱动太阳最强壮的辐射(太阳高能粒子,SEPs)中起主导作用。

太阳高能粒子简直都是质子,运动速度很高,有些能在不到一个小时内抵达1.5亿公里外的地球。“当一艘船高速驶过水面时,你能够看到船前方的波涛,”Richardson说,“同理,在快速日冕物质抛射前的冲击波加快了它们之前的粒子。”

辐射(Radiation)是电磁波(electromagnetic waves)或粒子(particles)带着的能量。太阳高能粒子存在危害,由于它们能够穿透皮肤,开释的能量会在途中弄碎细胞和DNA。这种危害会添加生命后期癌症的风险,极点状况下会在短期内引起急性放射病。

地球上的咱们能够免受这种损伤:磁层(magnetosphere)能够偏转大多数太阳粒子,大气层能够削弱一切经过的粒子。国际空间站的轨迹也在地球维护范围内,并且船体自身也有助于维护机组人员免受辐射。

蓝色表明的是雅漾地球的磁泡,称为磁层。磁层能够天然防护太空辐射,使大部分带电的太阳粒子违背地球。

Credits: Andya Space Center/Trond Abrahamsen

可是,地球磁层外的探险者仍然面对激烈的太空辐射。“不管是在轨迹、运送途中、仍是行星外表,都存在着辐射的风险,”NASA人类太空飞行方案的戈达德工程师Ruthan Lewis说,“从防护技能到封闭性维护,咱们在宇航员所在的每个环境中都在考虑这个问题。”

太空救生员

在休斯顿的约翰逊航天中心,一个充溢电脑屏幕和闪耀灯火的房间里,科学家们每天轮班工作,为太空站宇航员监测太空天气状况,他们被称为太空环境官员(space environment officers)。这些科学家是太空的救生员:他们要时间留意空间辐射的涨落。

每天, 约翰逊空间辐射剖析小组的科学家要查看国家海洋和大气管理局空间天气预报中心的空间天气预报。他们担任正告使命操控小组潜在的太阳活动。假如太阳高能粒子活泼并且空间站恰好在地球磁层的维护外,他们可能会主张推延需求脱离安全站点的活动。不管宇航员在哪儿,团队都会亲近重视他们处于的太空环境。

约翰逊的科学家Kerry Lee 表明,“咱们的战略是运用任何可用的质量。”机组人员和辐射之间的质量越大,风险粒子在抵达机组人员之前就越有可能把能量用光。在月球上,宇航员能够运用邻近的天然屏蔽资料,比方将月球土壤或风化土堆积在他们的避难所上。可是在航天器规划方面,依托这种维护会很贵重,由于更多的质量需求更多的燃料才干发射。

约翰逊团队正致力于开发无需添加更多资料的屏蔽办法。“咱们不太可能专门带屏蔽辐射的质量上飞船,”Lee说,“咱们带的每件物品有必要是多用途的。”

他们为猎户座飞船上的宇航员规划了一个方案,能够经过已有的物品树立一个暂时避难所,包含存储单元、食物和水。假如发作与阿波罗年代相同强壮的太阳迸发,飞船上的工作人员能够安然无恙。

猎户座飞船副卫生和医疗技能担任人Jessica Vos(前)和宇航员Anne McClain(后)在航天器中中展现辐射防护方案。在太阳高能粒子活动期间,船员将运用积载袋(stowage bags)来树立一个防辐射棚。

Credits: NASA

NASA的其他团队也在为应对辐射应战研讨解决方案,比方开发背心和设备以添加质量,还有能够偏转辐射的带电平面。

太阳高能粒子

为维护宇航员,科学家需求知道太阳粒子风暴什么时分发作。但粒子难以猜测,咱们并未彻底了解太怎么维护宇航员在月球上不受太空辐射阳湍流迸发的实质。

“抱负状况下,你能够调查太阳上的一个活泼区域,看它是怎么演化的,并试着猜测它何时迸发,”Richardson解释道,“但问题是,即便你能够猜测耀斑和日冕物质抛射,实际上只要一小部分太阳活动会发作对宇航员有害的粒子。”

并且,就算咱们知道太阳高能粒子何时迸发,由于受磁场影响,咱们也很难猜测它们的去向。磁场线是带电粒子的高速公路,但跟着太阳旋转,磁场线呈螺旋状。场线中的扭结会迫使一些粒子“下高速”,所以它们可能在太阳系的任何一个旮旯。

“要抵达地球上的天气预报的精确度,咱们还有很长的路要走,”戈达德社区和谐建模中心(CCMC)的科学家Yari Collado-Vega说道,“咱们还需求更多关于太阳的数据集。”

1972年8月7日,加州的大熊湖太阳天文台(Big Bear Solar Observatory)捕捉到了太阳耀斑。这个特别的耀斑因形状被称为“海马耀斑(seahorse flare)”,引发了一场激烈的太阳高能粒子事情。

Credits: NASA

猜测太阳高能粒子的模型还处于开发的前期阶段。科学家运用更轻、更快、更早抵达的电子来猜测随后更重、愈加风险的质子激流。

科学家们靠NASA太阳物理学(heliophysics)使命来推动他们的太空天气预报模型。飞行器处于太阳和地球之间不同的方位,有利于相关研讨。NASA的派克太阳勘探器(Parker Solar Probe)于2018年发射,离太阳十分近,将在太阳高能粒子诞生的当地盯梢它们,有助于了解太阳迸发是怎么加快粒子的。

机遇也是一个要素:太阳阅历11年的凹凸活动周期。在太阳活动最频频的时期,很多太阳黑子以及高磁张力区域现已蓄势待发。相反,在不活泼的时分,简直没有太阳黑子,迸发也很少见。

在科学家们不断改进他们模型的一起,NASA的太阳物理航天器能够为宇航员供给“警报免除”的信号。假如太阳上没有活泼的太阳黑子,他们能够坚信不会发作太阳风暴。

近邻星系的辐射

第二种空间辐射比太阳高能粒子传播得更远。银河宇宙射线(Galactic cosmic rays),来自银河系其他当地、好久之前爆破恒星的粒子,不断以挨近光速的速度炮击太阳系。假如太阳高能粒子是一场出人意料的滂沱大雨,银河宇宙射线更像是一场继续的细雨,但毛毛雨也会令人讨厌。

宇宙射线往往比最高能的太阳粒子更强壮。能够防护太阳高能粒子的太空船无法抵挡宇宙射线,因而宇宙射线是一个严峻的问题。特别是关于长途飞行使命,比方前往火星,单程就需求6至10个月。

太阳高能粒子的确很难猜测,但银河宇宙射线却安稳得多。在一秒钟内,大约90个宇宙射线击中一个高尔夫球巨细的空间。(比照之下,在太阳高能粒子活动期间,同体积大约有1000多个粒子。)这个速率有助于确认辐射的强弱以及使命继续时间。NASA会追寻每位宇航员的个人剂量,以保证他们不会超出终身所能承受辐射的极限。

宇宙射线由重元素(氢以外的元素)组成,如氦、氧、铁,这些粒子碰击原子时会将其撞开,引发更多粒子,这种状况被称为二次辐射,进一步添加了宇宙射线带来的健康危险。

宇宙射线的呈现也与太阳周期有关。在太阳活动相对安静时,宇宙射线很简单进入太阳磁场;而在太阳怎么维护宇航员在月球上不受太空辐射活动顶峰,较强的太阳磁泡会阻挠适当一部分宇宙射线。

这张图显现了太阳系以及太阳远远超出太阳系的磁泡(日光层,heliosphere)。亮堂的条纹代表宇宙射线。在太阳活动顶峰,跟着日光层的增强,它会阻挠更多宇宙射线。

Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center/Conceptual Image Lab

目的地:先月球,后火星

登月将协助NASA搜集要害数据、开发必要的怎么维护宇航员在月球上不受太空辐射东西和战略,以便未来能够安全地将人类探险者送往火星。前往火星要需求更久,船员也将面对更多的辐射。此外,不像地球,火星没有磁场来搬运辐射。

“咱们登上月球的原因之一是为火星做准备,”Lewis说。继续的月球勘探将有助于确认咱们是否具有必要的技能,能在长时间太空游览中维护宇航员。“咱们做了很屡次模仿,现在开端进行试验了。”

请关注微信公众号
微信二维码
不容错过
Powered By Z-BlogPHP