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研究人員估算:前往火星的最佳出發時機,是太陽最活躍的極大期

作者:杭月狼
研究人員估算:前往火星的最佳出發時機,是太陽最活躍的極大期

美國太空氣象研究人員發表的估計認為,在未來的載人火星探測中,"航天器離開地球的最合适時期是太陽活動最長的時期,加上往返旅行和任務,最好在四年内。極端時期的太陽活動會釋放出許多高能粒子,是以宇航員的輻射暴露量增加,這就是衛星失敗的原因。為什麼載人火星探測适合在非常危險的太陽最活躍的時期?這是因為活躍的太陽活動可以偏轉危險的銀河輻射并減少宇航員的輻射劑量。

美國宇航局在重新啟動月球載人探索後,已将載人火星探測作為未來目标。與受大氣層和磁層保護的地球不同,宇航員将在大約九個月的火星航行中暴露于來自宇宙的放射性"宇宙射線"。如何控制輻射劑量是火星探測的一大課題。

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宇宙射線大緻分為太陽活動釋放的"太陽高能粒子(SEP)"和"銀河宇宙射線(GPR)",飛出太陽系。SEP在11年周期内重複的太陽活動活躍期和穩定期之間增加或減少。在最活躍的"極端時期",太陽耀斑等突發活動容易發生,SEP的量增加。留在國際空間站上的宇航員一再避免在太陽耀斑發生時覆寫較厚的區域。

另一方面,GCR發射大量輻射,容易與宇宙射線或宇宙射線壁内的大氣核碰撞,産生新産生的次級宇宙射線。

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如果隻考慮SEP,在太陽活動減弱期間航行到火星似乎更安全。但加州州立大學洛杉矶分校的宇宙天氣研究人員估計了載人往返火星和任務期間獲得的有效劑量。目前,日本、俄羅斯等航天機構将宇航員生命有效劑量限制在1西弗。由于設想的火星任務的有效劑量标準尚未确定,加州大學洛杉矶分校的研究人員模拟了1個臨界值的極限。

模拟的航天器被設定為由鋁闆隔開,裡面有宇航員。根據1997年至2014年的資料,計算了太陽活動與地球附近行星空間中GCR射線的關系,如果GCR射線的數量在太陽活動的最大周期後減少,那麼如果宇航員接收的宇宙射線總量可以減少,如果他們有足夠厚的屏蔽層來保護他們免受陽光照射。據說這是因為極端時期的太陽活動會改變GCR的粒子,使它們難以到達航天器。此外,任務可以在火星之間和1西弗範圍内旅行的最長時間為3.8年。

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基于模拟,對地球和火星之間最短往返旅行時間的研究與最大太陽活動周期相吻合,據說是在2030年或2050年。

由于太陽活動的程度根據太陽的周期而變化,是以很難預測未來的活動。此外,如果在航天器的保護中使用鋁以外的材料,其屏蔽性能也可能提高,是以模拟結果不會立即确定載人火星探測的"時間架構"。

主動式太陽發射的太陽能高能粒子不僅增加了宇航員,還增加了地球航空飛機的輻射劑量,并可能導緻衛星計算機誤操作和故障、GPS衛星定位資訊誤差膨脹等現象,對地面上的生命有很大的影響。在易發生SEP的危險太陽期,利用銀河系輻射的減少進行載人火星探測的想法可以被認為是一種大膽的"毒害"方式。

研究人員估算:前往火星的最佳出發時機,是太陽最活躍的極大期

據說高太陽活動期和GCR減弱期相差6到12個月,實際上可能很難确定載人火星探測的出發時間。無論其可行性如何,如果設定了"最小化載人探索火星的輻射劑量"的主題,似乎不可能簡單地說"太陽高能粒子增加的最大太陽活動周期不是最佳選擇"。使用航天器可以攜帶的磁屏蔽的大小轉移銀河輻射的技術也在讨論中,可能有必要消除假設并"把所有選擇都擺在桌面上"來解決這些問題。

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