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研究人员重新审视了用于远程宇航员的磁辐射屏蔽概念

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如果宇航员希望有朝一日踏上火星,就需要克服无数的技术挑战,其中最重要的挑战之一是保护太空旅行者免受高能粒子的轰击。在地球的保护性大气层和磁场之外,来自恒星过程的超音速粒子横冲直撞,尖啸着穿过太空,并撕裂路径中的几乎所有东西——包括宇航员的身体,在那里它们会对遗传物质造成严重破坏。

多年来,人们提出了许多保护方案,从物理屏障到磁或静电屏蔽——一些著名批评家认为这些解决方案是毫无希望的不切实际的。但一组欧洲研究人员仍然开始在实验室中测试磁力场方法,得出的结果他们说显示了该技术“潜在的可行性”。

英国迪德科特卢瑟福·阿普尔顿实验室的物理学家露丝·班福德和她的同事们向感应磁场发射了一束速度超过3马赫的带电粒子等离子束,作为高能太阳粒子流的替代品。他们观察到带电粒子几乎完全偏转绕过磁场——根据他们发表在期刊Plasma Physics and Controlled Fusion上的在线研究,这是一个相对安全的“迷你磁层”。

虽然这种策略长期以来一直被认为是解决辐射问题的潜在方案,但过去的方法认为它是站不住脚的。正如芝加哥大学物理学荣誉退休教授尤金·N·帕克在2006年《大众科学》文章中指出的那样,这种系统的重量对于实际的太空旅行来说太大了。帕克写道,诺贝尔奖获得者“麻省理工学院的塞缪尔·C·C·丁领导了一个设计小组,该小组设计了这样一个系统,其质量仅为九吨……对于考虑将其一路运到火星表面并返回仍然令人气馁地沉重。”

帕克描述的系统是基于需要创建一个20特斯拉的巨大磁场——大约是地球赤道磁场的60万倍。班福德很快提醒说,她团队的结果是初步的,但她认为有效的磁场可能弱得多,也许只有1特斯拉。


班福德说,大型磁体方法“是基于您需要创建一个非常大的气泡”的假设,直径达数公里。“我们一直在研究的假设是,气泡不必那么大——小到100米宽,”她说,“您可以使用小得多的磁体。” 这种差异部分归因于班福德的团队专注于太阳高能粒子(那些从我们的太阳发出的粒子),而帕克则专注于来自宇宙其他地方爆炸恒星的宇宙射线粒子。

“我更关心银河宇宙射线,它们的能量更高,因此需要更强的磁场,”帕克说。他的估计取决于需要偏转比班福德和她的同事们针对的粒子能量高约20倍的粒子。这些粒子的风险不容忽视:根据帕克引用的NASA估计,宇宙射线在太阳系中一年的旅程中足以破坏宇航员身体中三分之一的DNA。(以目前的技术往返火星至少需要那么长时间。)

“关于未知医学终点的事情仍然存在,尚未得到适当的调查,”帕克说,他指的是长期暴露于辐射的未知影响。“而且如何正确调查它并不明显。”

班福德承认,磁场方法不是万能的——更像箭筒中的一支箭。她说,必须制定其他策略,以最大限度地降低宇航员的风险。但是,如果可以开发出一种轻型太阳高能粒子偏转器,那么火星之旅可能会显得不那么遥不可及。

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