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上个月，太阳陷入了疯狂。九月上旬一连两周，几乎每一天，太阳耀斑都从一片名为“活动区域798/808”的巨大黑子中爆发出来。X射线电离了地球的高层大气。太阳质子轰击着月球。这可不是在太空停留的好时机。 到底是不是这样呢？ 在这场风暴期间，国际空间站（ISS）上发生了一些怪事：辐射等级下降了。 “ISS的乘员吸收的宇宙射线比平时减少了大约30%，”弗兰克·古欣娜塔（Frank Cucinotta）说，他是约翰逊太空中心的NASA首席辐射卫生官员。“这场风暴确实改善了站内的辐射环境。” 右图：国际空间站（ISS）。 科学家们早就知道了这种现象。这被称为“福布什衰减（Forbush decrease）”，是以美国物理学家斯科特·E·福布什（Scott E. Forbush）的名字来命名的，他在1930和40年代研究了宇宙射线。当宇宙射线击中地球高层大气时，它们会产生出一阵可以抵达地面的次级粒子雨。通过监测这些粒子雨，他注意到，与直觉相反的是，宇宙射线在太阳活动高发期 内确实下降了。 原因很简单：当太阳黑子爆发时，它们通常会将大量高温气体云抛离太阳。这些被称为CMEs（日冕物质抛射）的气体云不仅包含有气体，还包含着磁力场，即那些从太阳上被爆发剥离出来的磁结。磁场会使带电粒子偏转，因此当一团CME扫过地球时，它也会卷走许多原本会击中地球的带电宇宙射线。这就是“福布什衰减”现象。 不论CMEs走到哪里，宇宙射线都会被偏转。福布什衰减已经在地球和围绕地球运行的和平号空间站和ISS上被观测到了。先驱者10号和11号，以及旅行者1号和2号飞船，也在海王星轨道以外经历过这种效应。 单独一次CME能够抑制宇宙射线长达几个星期。持续的太阳活动能够将它们抑制得更加长久得多：“2005年是一个令人吃惊的太阳活动高发年，”古欣娜塔指出。从1月份开始，天文学家们已经记录了14次强大的X级太阳耀斑以及数量更多的CMEs。因此，“ISS的乘员一整年吸收的宇宙射线都比较少。” 右图：斯科特·E·福布什发现了太阳活动与宇宙射线之间令人惊奇的反比关系。 整个故事是相当具有讽刺意味的，因为耀斑和CMEs本身就是致命辐射的来源。特别是CMEs产生的“质子风暴”。在飞往地球的过程中，CMEs从太阳的外层大气中穿过，以每小时超过100万英里（160万公里）的速度从这些热气体中划过。CME一路上所俘获的质子会被加速到危险的高能状态。 没有哪个宇航员希望遭遇到一群高能太阳质子。剧烈的风暴会使人眩昏；暴露在其中会导致呕吐、疲劳和低血球。如果不采取医疗措施，患上辐射病的宇航员就可能会死亡。现在有了一条好消息：很少有太阳质子能够穿透NASA太空船的外壳。只要宇航员们呆在舱内，他们就是安全的。 宇宙射线就不同了——而且更遭。宇宙射线是超高能的带电亚原子粒子，主要来自于太阳系以外。其来源包括*的恒星、黑洞和其他在强度上超过太阳的特征事件。太阳质子比较容易被一些诸如铝和塑料的物质所阻挡，而宇宙射线则不同，任何已知的防护技术都无法将它们完全阻挡。 即使身处太空舱内部，宇航员们也被暴露在直接穿墙而入的宇宙射线的涓涓细流之中。粒子刺入人体，在微观尺度上破坏组织。一种可能的副作用就是 截断DNA，随着时间的推移，这种破坏会导致癌症、白内障和其他疾病的发生。 上图：莫斯科的一个宇宙射线监测站记录到的中子计数。辐射水平在9月上旬的剧烈太阳活动期间突然下降。 没有人知道宇宙射线还会对人类造成的什么伤害。“我们在太空中呆得还不够久，”古欣娜塔说。 他解释说，除了在四十年前飞往月球的短暂旅程期间，宇航员们还从未被完全暴露在银河系的宇宙射线之中。ISS的轨道靠近地球，乘员们不仅受到了太空船外壳的保护，还受到了地球磁场和巨大的地球实体自身的保护。飞往火星的6个月旅程将远离这些天然屏障，这是个全新的问题。会 遇到什么样的长期风险？需要多少防护措施才能保证宇航员的安全？NASA的研究者们正在设法回答这些问题。 有一件事是明确的。“降低辐射水平是件好事，”他说。 太阳可以帮上大忙。每隔11年，太阳活动就会进入一种狂热的状态，这被称为太阳极大期。上一次太阳极大期出现在2000年；未来的极大期将发生在2011年和2022年前后。在太阳极大期间，CME每天都会发生，太阳风将结块丛生的磁场像例行公事一样吹遍整个内太阳系。这些磁场为月球和火星之旅提供了额外的保护，将对生物有害的、能量级别介于100到1000兆电子伏的宇宙射线流量降低了30%或者更多。未来的任务安排者也许真的会将穿越太阳系的长期旅行大致安排在太阳活动极大期前后，这样才能充分利用宇宙射线的这种衰减现象。 毕竟太阳耀斑还不是那么不可救药呢。 |
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