清理包裹着地球的辐射外壳,是平民太空旅行时代亟待解决的问题

清理包裹着地球的辐射外壳,是平民太空旅行时代亟待解决的问题

首页休闲益智扔进太空更新时间:2024-07-30

随着航天公司私人化,航天飞船平民化,太空旅行可能会成为我们未来的重要组成部分。随着我们将更多的仪器和人员送入地球轨道以及其他天体,我们确实需要尽快解决一个问题。

我们的星球周围有看不见的辐射,可以消灭卫星并可能危及未来的探险者。而且我们还没有很好的解决方案。

1958年1月31日,美国第一颗人造卫星探险者一号升空,在上升的过程中,宇宙射线探测器吸收了大量,围绕着我们的星球的辐射。实际上这是如此极端,以至于科学家们最初认为他们检测到的是苏联的核试验,但是很快他们发现这是自然现象,地球是被两个巨大的辐射带包裹着。

辐射带内圈通常分布于0.2~2倍地球半径高度(即海平面上约1500~5000千米高度),多为高能质子。辐射带外圈形状几乎是环形的,范围在13000~20000千米之间,多为高能电子。它们现在被它们的发现者物理学家詹姆斯范艾伦,称为范艾伦带。内外层之间存在范艾伦带缝,缝中辐射很少。内圈在某些特定情况下,如太阳活动强烈或在南大西洋异常区内,其高度边界可能会被压缩至海平面上方200千米。

幸运的是,辐射带对保护地球起着很好的作用,它能俘获从太阳和其他天体向地球射来的高能粒子,使它们不能到达地面,从而避免了高能粒子对人类和其他生物的致命威胁。但另一方面,这种辐射又会对太空设备造成严重的影响,一些卫星必须穿过辐射带,例如GPS。

如果卫星没有受到保护,这些电子将在其组件内部积累,直到开始放电,这可能会炸掉电子设备。目前科学家通常是用金属外壳来屏蔽卫星的敏感组件,但这非常昂贵,而且仍然不够安全,尤其是当太阳发生磁暴时,地球磁层受扰动变形,而局限在范艾伦带的高能带电粒子大量泄出,给卫星带来更大的危险。重要的是这不仅仅涉及到电子,由于辐射带里的高能粒子会对人类身体造成巨大伤害,因此,它又是人类进行星际转移的巨大障碍。当然现在这不是什么大问题,因为我们的宇航员还没有上升到那么高。至今为止,阿波罗计划是人类唯一穿过并超过范·艾伦带的行动。

未来,如果人类想要登陆甚至移民月球或火星,就必须穿过辐射带,辐射带将成为人类频繁往来于地球与其他天体之间的阻碍,因此有必要限制宇航员的辐射暴露。为了保护我们未来的探险者和我们宝贵的太空财产,科学家正在积极寻找从范艾伦带中清除这些高能粒子的方法。

迄今为止最有前景的技术之一是使用无线电波,这是技术含量较低的方法。早在2015年一颗名为范艾伦探测器(van allen probes)的航天器表明,人类活动实际上正保护我们免受辐射带的辐射。

自1950年代以来,人们一直在产生甚低频波。主要用于潜艇通讯,因为这是唯一可以在水中传播的频率。而且这些频率的波还有其他的特殊之处,它们能与范伦带中囚禁的电子的自然振动产生共振。因此当甚低频波与这些电子接触时,他们可以给这些电子增加一点能量,使电子冲破磁场,飞回太空。因此这让科学家们怀疑我们是否可以故意产生甚低频波,作为减少辐射的一种方法。

因此作为一项测试,demonstration and science experiment(DSE)示范与科学实验的任务于2019年6月启动。它有一个80米宽的大型天线,可以产生无线电波,以及6个传感器来测量周围的辐射场的变化。目前该航天器在距地球表面6000多公里的轨道上,科学家预计到2020年年底获得首个实验结果。

其他研究人员甚至要将电子加速器扔进太空。 但是科学家计划在2021年启动这项实验,需要再等几年才能确定这些试验是否成功,但无论哪种方式,结果都将帮助我们更多地了解地球周围的辐射,以及我们如何保护我们自己。

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