月球「車諾比」求生計劃

2020-10-30 光明網

2021年1月31日是阿波羅14號發射50周年紀念日。這一歷史性的登月任務是人類首次將彩色電視信號從月球表面傳送回地球，並且標誌著美國第一位太空人艾倫-謝潑德（他因為在月球上打出了兩個高爾夫球而聞名）英勇地重返太空。但阿波羅14號和阿波羅計劃的意義不能被誇大，因為謝潑德僅在月球表面停留了兩天。而人類在月球上停留時間最長的紀錄由尤金-塞南和哈裡森-施密特保持著，也僅剛超過三天。所有阿波羅計劃的太空人都曾暴露在月球表面的高輻射下，但由於停留時間較短所以這樣的風險是可以接受的。

美國航天局打算用「阿爾忒彌斯（Artemis）」計劃來開啟人類長期居住在月球上的時代。而對於太空人來說，長期暴露在強烈的輻射中將嚴重威脅他們的健康。降低危險性的第一步是建立一套可以準確地描述輻射水平和性質的資料庫。9月發布的關於月球表面輻射水平長期測量的數據為這一計劃提供了幫助。我國嫦娥4號著陸器搭載的中子及輻射劑量探測儀所收集到的數據，是科學家首次獲得月球輻射水平的長期測量結果，對未來月球棲息地的設計和防護提供了十分有用的信息。

玉兔2號探測器拍攝的嫦娥四號在月球表面的高解析度照片。

圖源：CNSA

輻射屏蔽是保證月球上長期居民的健康不受影響的必要保護，因此我們需要先深入了解月球上究竟存在什麼程度的輻射威脅。嫦娥四號的數據和相關研究極大增進了人們對月球上存在的太空輻射環境性質的了解。太空飛行器的讀數可用來確定 「等效劑量率」，這是一種用生物加權衡量單位時間內輻射劑量的方法。計算出的結果高達每小時60微西弗，這比國際空間站上的太空人所面臨的輻射水平高一倍以上，比長途飛行的輻射高5-10倍，更是地球表面輻射的200倍。

嫦娥四號月球表面全景圖。

圖源：CNSA

未來的月球居民將主要面臨兩種輻射源的威脅。首先，是銀河宇宙射線(GCRs) 。這些射線主要由質子和裸露的氦核等帶電粒子組成，約有1%的銀河宇宙射線由較重元素的原子核組成。由於帶電粒子造成的損害與核電荷量的平方成正比，所以這些較重的元素會對人體組織造成很高的損害，而這種輻射來自於散布在宇宙中的數百萬個穩定的輻射源。

第二種輻射威脅是太陽粒子事件(SPEs)，這是太陽上的偶然事件，比如日冕物質噴射或太陽耀斑。太陽粒子事件的輻射比起銀河宇宙射線要更難預測，但它的破壞性很強，一次事件或暴露就能造成急性組織損傷。

地球磁場與GCRs和SPEs相互作用。

圖源：NASA

而太陽粒子事件不僅會對未來的月球居民造成危害，也會影響地球上的生命。1989年的地磁風暴和因此導致的停電事件使加拿大魁北克省和美國東北部數百萬人斷電，是太陽爆發對人類影響的一個顯著例子。值得慶幸的是，地球強大的磁場保護著我們免受來自太陽絕大多數的破壞性帶電粒子的影響。而月球則缺乏磁場和大氣層，這使得其表面的任何人都將暴露在強烈的太空輻射下。

1989年地磁風暴對北美電網的影響。

圖源：NASA

儘管銀河宇宙射線沒有太陽粒子事件那麼大的強度和危害，但中樞神經系統退化性疾病、白內障和癌症都與長期接觸這種電離輻射有關。所以適當地防止這兩種輻射源影響的重要性不言而喻，這將能夠減少太空人在月球探索中承受的輻射劑量，從而避免對於健康產生的嚴重甚至是致命的損傷。

月球表面第三個危險來源竟然是月球本身。人們通常不把月球表面的惰性巖石和塵埃視為威脅，但這是一個可怕的疏忽。當來自星系和太陽的外部輻射與月球土壤中的原子發生碰撞時，會釋放出中子和伽馬射線從而造成組織損傷。自由中子的半衰期只有10分鐘左右，不可能在漫長的宇宙旅行中存活下來，因此這些不穩定的粒子的來源只能是月球表面的核反應。

月球上一個潛在的熔巖管，仿佛一個由隧道頂部坍塌造成的坑洞。

圖源：NASA

顯然如果人類要想在月球上生存，就必須對這些輻射進行屏蔽。建造厚厚的月球巖石層保護的生活區似乎是解決月球空間輻射最有可能的辦法。一個尤其引人注目的可能性是在月球洞穴內建造生活空間。月球上已知存在數十億年前月球火山活動時留下的大型、古老又中空的熔巖管，有些熔巖管的表面開口甚至類似於墨西哥的沼澤地。基於嫦娥四號的研究，我們可能會發現歷史上最先進的人類在探索另一個世界時將在洞穴中避難，就像幾千年前我們的古代祖先在地球洞穴中避難一樣。

來源：牧夫天文

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來源： 國家空間科學中心

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