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如何保护未来的火星宇航员免受辐射?答案:深挖洞

2022-04-29 19:36:25 新浪科技
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根据美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的介绍,银河宇宙射线粒子“基本包含了现有的所有元素”。这些粒子起源于太阳系之外,很可能是由剧烈的宇宙事件(如超新星爆发)释放出来的。在遇上地球时,大部分粒子会被地球周围的磁场(即磁层)反射回去。

大量接触银河宇宙射线粒子可能会导致人类出现许多健康问题,如癌症、白内障和中枢神经系统损伤。由于火星缺乏类似地球的全球性保护磁场,使得银河宇宙射线粒子能够自由地进入火星大气层,并到达火星表面。

在缺乏磁层的情况下,火星的大气层是抵御银河宇宙射线的唯一防线。然而,这道防线非常薄弱:这颗红色星球的空气密度平均只有地球海平面的1%。当银河宇宙射线进入主要由二氧化碳和氮组成的火星大气层时,它们会由于电离而失去许多能量,这可能会阻止它们到达火星表面。研究作者发现,这一过程在很大程度上取决于大气层的厚度,以及随后施加到地表的大气压力。

和地球一样,火星的地形变化很大。从奥林匹斯山的顶峰(约26公里高)到火星最深的撞击盆地希腊平原(约7.1公里深),火星不同地区的大气厚度有很大差别,到达火星表面的辐射量也有很大不同。研究人员写道,火星不同地区大气厚度的差异可达10倍以上。

研究人员还发现,银河宇宙射线与大气之间的相互作用还会产生另一种有害辐射,称为次级中子辐射。大气的屏障作用越大,到达火星表面的次级中子辐射就越多。

研究人员使用了先进的计算机模型“大气辐射相互作用模拟器”(AtRIS),以及美国国家航空航天局(NASA)好奇号火星车收集的辐射数据,来模拟银河宇宙射线在火星表面的暴露情况,并测量这些粒子渗透到表面尘埃和岩石(风化层)的深度。好奇号火星车于2012年登陆火星的盖尔撞击坑,其任务主要是探测火星气候、地质及水的存在,并探测盖尔撞击坑内的环境是否曾经能够支持生命。

分析结果显示,银河宇宙射线的有效辐射剂量在火星风化层30厘米厚度处达到峰值。研究人员还提出,要想在火星上安全居住(定义为年辐射暴露不超过100毫西弗)的话,需要1到1.6米的风化层“护盾”。“在一个表面气压较高的深坑中,所需的额外风化层护盾可以略薄一些,”研究作者写道。

了解火星物质如何受到银河宇宙射线的影响,以及火星大气在改变辐射暴露方面所起的作用,是未来在火星上开发定居基地的重要一步。“长期以来,人们一直认为宇航员可以利用自然的地质结构,如洞穴天窗或熔岩管作为火星上的辐射避难所。”该研究的作者写道,“我们的研究表明,在设计未来火星居住地时,使用自然表面材料来进行屏蔽保护,可能将有助于降低辐射风险。”这项新研究发表在2022年2月份的《地球物理研究杂志:行星》(Journal of Geophysical Research: Planets)上。(任天)

责任编辑:bH_05118

关键词: 科学探索 如何保护未来的火星宇航员免受辐射答案深挖

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