起源未知的它，也许会让深空任务受阻

2018年10月18日  来源：科技日报

现代人无时无刻不处在辐射的包围中。有人说，不如到太空躲避辐射吧。其实，太空不仅有辐射，而且比地球上的辐射更多、更“高能”。

近日，发表在《美国国家科学院院刊》上的最新文章表明，宇宙辐射的深空轰炸可能会严重损害宇航员的胃肠组织，导致长期功能改变。该研究认为，太空辐射很可能在宇航员到达火星之前，就杀死宇航员或严重损害他们的健康。

太空辐射可无差别轰炸

太空辐射究竟是什么呢？中科院高能物理研究所研究员曹俊表示，常见的电磁辐射、粒子辐射、引力波辐射都存在于太空之中。不过，只有能量高于10电子伏特的辐射才会对人体产生危害。所以引力波辐射不会，电磁辐射中只有高能的紫外线、X射线和伽马射线会对人体产生伤害，而粒子辐射一般能量都较高，也会带来伤害。

“在太空中受到的辐射比在地球上大得多。这是因为地球的磁场和大气层对我们提供了保护。”曹俊解释道，能量不太高的带电粒子会被地球的磁场捕获，不能到达地球。

在没有地球磁场和大气保护的外太空，或者地球附近的特殊区域，辐射非常强。“这些高能粒子难以阻挡，很大一部分能够穿透太空舱和宇航服。”曹俊说道。有研究指出，由于宇宙线具有很高的能量，厚达10厘米的铝板不仅无法完全阻挡它们，反而因粒子与金属相  互作用产生次级辐射粒子，增强了其后空间内的辐射强度。这个道理跟人们坐飞机时受到的辐射更多一样。尽管大气层能阻挡宇宙线，但在高空中宇宙线撞击大气分子时，产生了大量次级粒子，因此辐射要比地面的平均水平高很多，直到这些次级粒子再次被大气层所吸收。

为什么太空辐射会对肠胃产生损伤？这倒跟宇宙线没关系。曹俊指出：“高能量的粒子流能够进行无差别轰炸，任何身体组织都会受到损伤，也许从医学的角度，对肠胃的损伤对人影响更大。”

超高能粒子出生地仍未知

太空中产生的高能粒子能量有多大？人类通过该大型强子对撞机能把粒子加速到7万亿电子伏特(TeV)。“而观测到的最高能量的宇宙线是它的几千万倍。”曹俊表示，不过这么高能量的粒子极为稀少。宇宙线的能量从低到高，覆盖了极为宽广的范围，能量越高，则数量越稀少，在大于1千亿亿电子伏特的超高能区，每平方公里每年只有一个。对人的损伤反而不如众多的低能量辐射。

能量如此高的宇宙线究竟是何方神圣？“剧烈的天体活动都能产生高能粒子，比如超新星爆发、活动星系核等。”曹俊以超新星爆发为例解释道，大质量的恒星在变成中子星或黑洞时，会在一瞬间喷射出巨大能量的带电粒子流。

但超高能宇宙线的起源和加速机制依然是未解之谜。“它们喷射出来后，会受到宇宙中磁场的偏转，在太空中游荡。当这些带电粒子到达地球时，人们无法知道它们来自何方。也许它们已在银河系中旋转了几十圈，才抵达地球。”曹俊说。

曹俊提到，最近南极“冰立方”中微子实验找到了一些证据，发现一个超高能中微子来自一颗耀变体的方向。由于中微子不受磁场干扰，能够直指源头，这意味着耀变体很可能就是宇宙中能量最高的粒子的出生地之一。

人类登陆火星的一只拦路虎

空间等离子体物理学家马丁·阿彻2016年在《科学美国人》刊文称，一个往返火星的载人航行任务将会使宇航员暴露在大量的银河系宇宙线辐射之下，而这个辐射水平高达临床建议的辐射致癌极限的四倍。

据马丁介绍，国际空间站能把宇航员每天所受的辐射总剂量基本控制在地面上一年所能达到的量之下。也就是说，宇航员的辐射总量仍比我们高约365倍。

曹俊强调，粒子穿过身体后留在体内的辐射剂量越多，对人造成的伤害就越大。高能粒子通过物质时会产生较强的电离作用。辐射中能量高于10电子伏特的部分，能够把分子键打断，导致DNA变异。就单个粒子而言，重离子在宇宙射线中危害最大，较轻的粒子危害较小。

人类短途的太空旅行例如登月，受到的损害可能并不显著，但对登陆火星或深空任务来说，太空辐射实在令人担忧。一种想法是，人造一个小小的磁场，让人躲在磁场的保护内，可以规避大量的能量较低的宇宙线的损害。（代小佩）