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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

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

美國的宇宙天氣研究者發表了這樣的估算:在將來的火星載人探查中,“宇宙飛船從地球出發的最合適的時期是太陽活動最大最活躍的時期,加上往返的航行以及執行任務,最好在4年以內”。在極大期間的太陽活動會釋放出很多高能量粒子,因此宇航員的放射線照射量會增加,並且這也是人造衛星發生故障的原因。本應是非常危險的太陽最活躍的時期,為何適合火星載人探測?這是因為活躍的太陽活動可以偏轉危險的銀河放射線,降低宇航員的輻射劑量。

NASA在重啟月球載人探測之後,將火星載人探測作為未來的目標。與被大氣層和磁層保護的地球不同,宇航員在前往火星大約需要9個月的航行中,將暴露在從宇宙飛來的放射線“宇宙射線”中。如何控制輻射劑量是火星探測的一大課題。

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

宇宙射線大致分為太陽活動釋放的“太陽高能粒子(SEP)”和從太陽系外飛來的“銀河宇宙射線(GCR)”。SEP在以11年為週期重複的太陽活動的活躍時期和穩定時期之間增減。在最活躍的“極大期”,容易發生太陽耀斑等突發性活動,SEP的量也會增大。停留在國際空間站的宇航員在太陽耀斑發生時,曾多次躲避到遮蔽較厚的地方。

另一方面,GCR的輻射量很大,而且容易與宇宙射線壁或宇宙射線內部的大氣原子核碰撞,產生新生成的二次宇宙射線

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

如果只考慮SEP的話,似乎在太陽活動減弱的時期向火星航行比較安全。但是,加利福尼亞州立大學洛杉磯分校的宇宙天氣研究人員,對載人探測火星的往返航行和任務期間所接受的有效劑量進行了估算。目前,日本、俄羅斯等宇宙機構將宇航員一生有效劑量的限定值定為1西弗。由於設想火星探測任務的有效劑量標準目前還沒有確定,加州大學洛杉磯分校的研究人員以1西弗為上限進行了模擬。

模擬宇宙飛船的設定是,用鋁板隔著水,內部有宇航員。以1997年至2014年的資料為基礎,計算了靠近地球的行星空間中太陽活動與GCR射線量的關係,如果在太陽活動的最大期後GCR射線量減少,如果宇航員有足夠厚的遮蔽層來保護他們免受陽光照射,他們接收到的宇宙射線總量可以減少。據說這是因為在極大期間太陽活動會轉移GCR的粒子,使其難以到達宇宙飛船。另外,在1西弗的範圍內可以往返火星和任務的最大期間是3.8年。

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

以模擬為基礎,研究地球和火星往返航行時間最短且與太陽活動極大期時間吻合的最佳出發年,據說是2030年2050年

因為太陽活動的程度根據太陽的週期不同而不同,因此很難預測未來的活動。另外,如果在宇宙飛船的防護上使用鋁以外的材料,其遮蔽效能也有可能提高,因此模擬結果並不能立即決定火星載人探測的“時限”。

活躍的太陽發射的太陽高能粒子不僅增加了宇航員,還增加了地球上航空飛機的輻射劑量,並且可以導致衛星搭載的計算機的誤操作故障,GPS衛星的位置資訊的誤差擴大等現象的發生,對地上的生活產生了很大的影響。在SEP多發、處於危險期的太陽極大期,利用銀河輻射減少的現象進行火星載人探測的想法,可以被認為是“以毒攻毒”的大膽方法。

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

據說太陽活動高漲的時期GCR減弱的時期6 ~ 12個月的差異,實際上用這個方法來決定火星載人探測的出發時間可能很難。姑且不論其可行性,如果設定“將火星載人探測的輻射劑量最小化”這一課題,似乎不能簡單地說“太陽高能粒子增加的太陽活動極大期不是最佳選擇”。用宇宙飛船所能搭載的尺寸的磁性遮蔽罩來轉移銀河放射線的技術也還在討論之中,可能有必要消除假設,並將所有選項“放在桌面上”來解決這些問題。

分類: 科學
時間: 2021-09-21

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