太阳活动减弱:高能宇宙射线达到太空时代峰值

太阳活动长期低迷,使得高能粒子以创纪录的强度穿透太阳系

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太阳活动已经缓慢了两年,2008年出现了近100年来最多的空白或无黑子日。而今年,尽管有太阳开始活跃的迹象,但它有望超过2008年,成为自1913年以来最平静的一年。

太阳活动长期低迷的一个后果是,来自太阳系外剧烈天体物理事件的大量高能宇宙射线以前所未有的强度涌入。美国国家航空航天局(NASA)的“高级成分探测器”(ACE)航天器收集的数据显示,宇宙射线的强度现在已经达到了太空时代开始以来的最高水平,该航天局上周宣布。

当太阳处于低潮时,通常会偏转宇宙射线远离我们周围的太阳屏蔽会减弱,而像目前这样长期的休眠期则伴随着辐射的大幅增加。这种激增提醒我们,太阳系是一个不断变化的动态场所,并引发了关于在未来登月或火星任务中保护宇航员所需的屏蔽量的问题。

自1997年以来,ACE一直在轨道上运行,接近上一个太阳活动极小期的尾声(太阳活动在一个大约每11年重复一次的周期中波动)。加州理工学院的太阳物理学家兼ACE科学团队成员理查德·缪瓦尔特说:“我们将这个太阳活动极小期与上一个进行了比较,然后我们使用了来自其他航天器的数据,追溯到20世纪60年代,当时首次开始在太阳活动极小期进行真正的宇宙射线测量。就宇宙射线而言,大多数太阳活动极小期看起来都一样,在几个百分点以内,但在这个极小期中……它们已经达到了大约比以前看到的水平高20%。” 

宇宙射线通常由原子核组成,它们已经失去了电子,以接近光速的速度在银河系中穿梭。人们认为它们主要起源于超新星或恒星爆炸。更稀有的宇宙射线粒子包括电子及其反物质对应物,正电子。

在很大程度上,地球居民受到地球大气层和磁场的保护,免受伤害,即便如此,

宇宙射线具有如此强大的冲击力,以至于它们被认为会导致计算机内存中出现错误。一些研究人员甚至提出,撞击大气层的高能粒子是引发闪电的原因。 


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在地球的保护性屏蔽之外,如果没有适当的防护措施,太空旅行者将受到宇宙射线的严重威胁,一些研究人员认为,这种防护措施的开发可能是星际旅行无法逾越的障碍。在2006年的一篇《大众科学》文章中,物理学家尤金·帕克引用了美国国家航空航天局的估计,“每年约有三分之一的宇航员身体中的DNA会被宇宙射线切割”,这可能导致癌症、白内障甚至脑损伤。

缪瓦尔特指出,最近宇宙射线轰击的增加与许多太阳活动极小期现象同时发生。其中包括:太阳磁场的减弱以及太阳风(从太阳发出的带电粒子流)的压力和速度降低。缪瓦尔特解释说,太阳风是“在太阳风层中吹起保护我们免受星际介质侵害的气泡的东西。由于过去几年来压力一直很低,这意味着气泡正在变小。” 

未来太空旅行者的坏消息是,最近宇宙射线强度的峰值可能并非那么独特。缪瓦尔特指出,从更长的时间尺度来看,在极地冰层中测量的宇宙射线撞击时在大气中产生的重铍离子表明,太空时代可能只是在一个太阳活动和宇宙辐射异常的时期开始的。他说:“如果你回顾过去1000年,宇宙射线的平均水平实际上比我们直接测量的50年要高得多。也许我们观察到的是更正常的情况,而太空时代发生在太阳活动更多的时候,因此宇宙射线被排除在外。”

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