太陽活動減弱:高能宇宙射線達到太空時代峰值

太陽活動長期低迷,使得高能粒子以創紀錄的強度穿透太陽系

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太陽活動已經緩慢了兩年,2008年出現了近100年來最多的空白或無黑子日。而今年,儘管有太陽開始活躍的跡象,但它有望超過2008年,成為自1913年以來最平靜的一年。

太陽活動長期低迷的一個後果是,來自太陽系外劇烈天體物理事件的大量高能宇宙射線以前所未有的強度湧入。美國國家航空航天局(NASA)的“高階成分探測器”(ACE)航天器收集的資料顯示,宇宙射線的強度現在已經達到了太空時代開始以來的最高水平,該航天局上週宣佈。

當太陽處於低潮時,通常會偏轉宇宙射線遠離我們周圍的太陽遮蔽會減弱,而像目前這樣長期的休眠期則伴隨著輻射的大幅增加。這種激增提醒我們,太陽系是一個不斷變化的動態場所,並引發了關於在未來登月或火星任務中保護宇航員所需的遮蔽量的問題。

自1997年以來,ACE一直在軌道上執行,接近上一個太陽活動極小期的尾聲(太陽活動在一個大約每11年重複一次的週期中波動)。加州理工學院的太陽物理學家兼ACE科學團隊成員理查德·繆瓦爾特說:“我們將這個太陽活動極小期與上一個進行了比較,然後我們使用了來自其他航天器的資料,追溯到20世紀60年代,當時首次開始在太陽活動極小期進行真正的宇宙射線測量。就宇宙射線而言,大多數太陽活動極小期看起來都一樣,在幾個百分點以內,但在這個極小期中……它們已經達到了大約比以前看到的水平高20%。” 

宇宙射線通常由原子核組成,它們已經失去了電子,以接近光速的速度在銀河系中穿梭。人們認為它們主要起源於超新星或恆星爆炸。更稀有的宇宙射線粒子包括電子及其反物質對應物,正電子。

在很大程度上,地球居民受到地球大氣層和磁場的保護,免受傷害,即便如此,

宇宙射線具有如此強大的衝擊力,以至於它們被認為會導致計算機記憶體中出現錯誤。一些研究人員甚至提出,撞擊大氣層的高能粒子是引發閃電的原因。 


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在地球的保護性遮蔽之外,如果沒有適當的防護措施,太空旅行者將受到宇宙射線的嚴重威脅,一些研究人員認為,這種防護措施的開發可能是星際旅行無法逾越的障礙。在2006年的一篇《大眾科學》文章中,物理學家尤金·帕克引用了美國國家航空航天局的估計,“每年約有三分之一的宇航員身體中的DNA會被宇宙射線切割”,這可能導致癌症、白內障甚至腦損傷。

繆瓦爾特指出,最近宇宙射線轟擊的增加與許多太陽活動極小期現象同時發生。其中包括:太陽磁場的減弱以及太陽風(從太陽發出的帶電粒子流)的壓力和速度降低。繆瓦爾特解釋說,太陽風是“在太陽風層中吹起保護我們免受星際介質侵害的氣泡的東西。由於過去幾年來壓力一直很低,這意味著氣泡正在變小。” 

未來太空旅行者的壞訊息是,最近宇宙射線強度的峰值可能並非那麼獨特。繆瓦爾特指出,從更長的時間尺度來看,在極地冰層中測量的宇宙射線撞擊時在大氣中產生的重鈹離子表明,太空時代可能只是在一個太陽活動和宇宙輻射異常的時期開始的。他說:“如果你回顧過去1000年,宇宙射線的平均水平實際上比我們直接測量的50年要高得多。也許我們觀察到的是更正常的情況,而太空時代發生在太陽活動更多的時候,因此宇宙射線被排除在外。”

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