宇航員在月球上會遭受多少輻射?

科學家對宇航員在月球上所受到的輻射劑量已經有了相當准確的估計,但這一結果可能還不足以阻止人類再次登上月球展開探索。通過一項新研究,我們終於知道了未來的月球漫步者將會面臨什麼樣的輻射環境。宇航員在月球表面蹦蹦跳跳時,每小時將吸收約60微西弗的輻射,這比在跨大西洋客機上的輻射劑量高5到10倍,約是我們在地球表面上所受到輻射劑量的200倍。

宇航員在月球上會遭受多少輻射?

Artemis 計劃將爭取在2024年重返月球(資料圖,來自:NASA)

換言之,宇航員在月球上的長期停留將使其身體暴露在高劑量的輻射下。盡管這些數值確實很高,但對於未來的登月任務而言,可能還不足以成為主要的妨礙因素。

先進着陸器的開拓性結果

科學家很早就知道,月球上的輻射水平相對較高,因為那里沒有大氣層或磁場作為保護(幸運的是,地球擁有這兩種屏障,保護着生命免受有害輻射的威脅)。但是,多年來的研究表明,精確的月球輻射數值很難確定。

例如,美國國家航空航天局(NASA)局的阿波羅號宇航員在1969年至1972年間登上月球時,所用的輻射計記錄的是任務期間累積的總輻射劑量,而不是月球表面輻射水平的詳細情況。新的研究使科學家有了更詳細的認識。

這些數據是由德國製造的「月球着陸器中子及輻射劑量探測儀」(Lunar Lander Neutron and Dosimetry,簡稱LND)提供的,而搭載該儀器的正是中國的嫦娥四號登月任務。2019年1月,嫦娥四號在月球未被探測的背面首次實現了軟着陸,創造了歷史。

嫦娥4號由名為「玉兔2號」的月球車和着陸器組成,目前二者仍在運行中,LND是着陸器科學有效載荷的一部分,其所處位置得到了部分防護,可以「很好地顯示太空服內的輻射情況」。

LND的數據顯示,像銀河宇宙射線(galactic cosmic rays,簡稱GCRs)這樣的高能帶電粒子,在月球表面每小時60微西弗的總劑量中約占75%,這些粒子被遙遠的超新星爆發加速到極高的速度。

根據9月25日在線發表在《科學-進展》(Science Advances)雜志上的這項新研究,月球上的銀河宇宙射線輻射量比國際空間站上的宇航員所受到的要高出2.6倍(空間站在地球大氣層上空運行時,會受到地球磁場的保護)。

不會妨礙阿爾忒彌斯計劃

美國國家航空航天局(NASA)正致力於在2024年將宇航員送上月球,並通過名為「阿爾忒彌斯」(Artemis)的太空探索計劃,於這個十年內在月球及其周圍建立一個人類可持續存在的空間站。NASA官員表示,在阿爾忒彌斯計劃中獲得的經驗也將有助於為載人登陸火星鋪平道路,而按照NASA的設想,載人登陸火星將在本世紀30年代實現。

一份對NASA的輻射暴露要求的解讀顯示,最新報告的這些數據並不會影響阿爾忒彌斯計劃。NASA的要求規定,任何宇航員接受的職業輻射劑量都不能導致其終生癌症死亡風險增加3%以上。造成這種危險的總當量劑量除其他因素外,還取決於宇航員的性別,以及開始接受輻射時的年齡。

女性和年輕宇航員面臨的風險更大。例如,一名25歲就開始航天生涯的女宇航員的職業暴露上限為100萬微西弗,而55歲就開始飛行的男性的職業暴露上限是這個上限的四倍。不過,在每小時60微西弗的情況下,這位25歲的女宇航員可以用將近700天的時間探索月球表面,才會超過她的壽命暴露極限(這一計算並不包括她往返月球的時間)。

該研究的作者表示,LND測量的銀河宇宙射線數值可能高於在月球表面漫步的宇航員經歷的任何輻射暴露,因為這些數據是在太陽的11年活動周期中不活躍的時期收集的,相對而言,更多的銀河宇宙射線能夠掠過日球層、帶電粒子泡和太陽自身周圍的磁場。

然而,這一切並不意味着在阿爾忒彌斯計劃中,宇航員的登月時限只有兩年;為了安全起見,NASA無疑希望宇航員的輻射暴露隨時間「攤平」。例如,對於在國際空間站上飛行的NASA宇航員,其每年的輻射量均不能超過50000微西弗。

另一方面,NASA可能也會盡力將阿爾忒彌斯計劃宇航員所經歷的輻射風險降到最低,尤其是那些在月球表面執行任務及繞月飛行的宇航員。

「在時間更長的登月任務中,宇航員必須保護自己免受(輻射暴露),他們可以用一層厚厚月球岩石蓋住居住地,」研究作者之一、德國基爾大學的羅伯特·維默爾-施魏因格魯伯(Robert Wimmer-Schweingruber)說,「這可以降低在月球上長時間生活而導致的癌症和其他疾病的風險。」維默爾-施魏因格魯伯的團隊建造了LND。

這些措施也將有助於防範零星但有潛在危險的太陽爆發,即所謂的太陽質子事件(solar particle events,簡稱SPEs)。在這項新研究的覆蓋范圍內,LND沒有發現任何太陽質子事件,但未來的月球探險者很可能會遭遇這些高能粒子。

來源:cnBeta