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如果宇航員希望有朝一日踏上火星,就需要克服無數的技術挑戰,其中最重要的挑戰之一是保護太空旅行者免受高能粒子的轟擊。在地球的保護性大氣層和磁場之外,來自恆星過程的超音速粒子橫衝直撞,尖嘯著穿過太空,並撕裂路徑中的幾乎所有東西——包括宇航員的身體,在那裡它們會對遺傳物質造成嚴重破壞。
多年來,人們提出了許多保護方案,從物理屏障到磁或靜電遮蔽——一些著名批評家認為這些解決方案是毫無希望的不切實際的。但一組歐洲研究人員仍然開始在實驗室中測試磁力場方法,得出的結果他們說顯示了該技術“潛在的可行性”。
英國迪德科特盧瑟福·阿普爾頓實驗室的物理學家露絲·班福德和她的同事們向感應磁場發射了一束速度超過3馬赫的帶電粒子等離子束,作為高能太陽粒子流的替代品。他們觀察到帶電粒子幾乎完全偏轉繞過磁場——根據他們發表在期刊Plasma Physics and Controlled Fusion上的線上研究,這是一個相對安全的“迷你磁層”。
雖然這種策略長期以來一直被認為是解決輻射問題的潛在方案,但過去的方法認為它是站不住腳的。正如芝加哥大學物理學榮譽退休教授尤金·N·帕克在2006年《大眾科學》文章中指出的那樣,這種系統的重量對於實際的太空旅行來說太大了。帕克寫道,諾貝爾獎獲得者“麻省理工學院的塞繆爾·C·C·丁領導了一個設計小組,該小組設計了這樣一個系統,其質量僅為九噸……對於考慮將其一路運到火星表面並返回仍然令人氣餒地沉重。”
帕克描述的系統是基於需要建立一個20特斯拉的巨大磁場——大約是地球赤道磁場的60萬倍。班福德很快提醒說,她團隊的結果是初步的,但她認為有效的磁場可能弱得多,也許只有1特斯拉。
班福德說,大型磁體方法“是基於您需要建立一個非常大的氣泡”的假設,直徑達數公里。“我們一直在研究的假設是,氣泡不必那麼大——小到100米寬,”她說,“您可以使用小得多的磁體。” 這種差異部分歸因於班福德的團隊專注於太陽高能粒子(那些從我們的太陽發出的粒子),而帕克則專注於來自宇宙其他地方爆炸恆星的宇宙射線粒子。
“我更關心銀河宇宙射線,它們的能量更高,因此需要更強的磁場,”帕克說。他的估計取決於需要偏轉比班福德和她的同事們針對的粒子能量高約20倍的粒子。這些粒子的風險不容忽視:根據帕克引用的NASA估計,宇宙射線在太陽系中一年的旅程中足以破壞宇航員身體中三分之一的DNA。(以目前的技術往返火星至少需要那麼長時間。)
“關於未知醫學終點的事情仍然存在,尚未得到適當的調查,”帕克說,他指的是長期暴露於輻射的未知影響。“而且如何正確調查它並不明顯。”
班福德承認,磁場方法不是萬能的——更像箭筒中的一支箭。她說,必須制定其他策略,以最大限度地降低宇航員的風險。但是,如果可以開發出一種輕型太陽高能粒子偏轉器,那麼火星之旅可能會顯得不那麼遙不可及。