宇航员在月球上会遭受多少辐射?

Artemis 计划将争取在2024年重返月球(资料图,来自:NASA)

科学家对宇航员在月球上所受到的辐射剂量已经有了相当准确的估计,但这一结果可能还不足以阻止人类再次登上月球展开探索。通过一项新研究,我们终于知道了未来的月球漫步者将会面临什么样的辐射环境。宇航员在月球表面蹦蹦跳跳时,每小时将吸收约60微西弗的辐射,这比在跨大西洋客机上的辐射剂量高5到10倍,约是我们在地球表面上所受到辐射剂量的200倍。

换言之,宇航员在月球上的长期停留将使其身体暴露在高剂量的辐射下。尽管这些数值确实很高,但对于未来的登月任务而言,可能还不足以成为主要的妨碍因素。

先进着陆器的开拓性结果

科学家很早就知道,月球上的辐射水平相对较高,因为那里没有大气层或磁场作为保护(幸运的是,地球拥有这两种屏障,保护着生命免受有害辐射的威胁)。但是,多年来的研究表明,精确的月球辐射数值很难确定。

例如,美国国家航空航天局(NASA)局的阿波罗号宇航员在1969年至1972年间登上月球时,所用的辐射计记录的是任务期间累积的总辐射剂量,而不是月球表面辐射水平的详细情况。新的研究使科学家有了更详细的认识。

这些数据是由德国制造的“月球着陆器中子及辐射剂量探测仪”(Lunar Lander Neutron and Dosimetry,简称LND)提供的,而搭载该仪器的正是中国的嫦娥四号登月任务。2019年1月,嫦娥四号在月球未被探测的背面首次实现了软着陆,创造了历史。

嫦娥4号由名为“玉兔2号”的月球车和着陆器组成,目前二者仍在运行中,LND是着陆器科学有效载荷的一部分,其所处位置得到了部分防护,可以“很好地显示太空服内的辐射情况”。

LND的数据显示,像银河宇宙射线(galactic cosmic rays,简称GCRs)这样的高能带电粒子,在月球表面每小时60微西弗的总剂量中约占75%,这些粒子被遥远的超新星爆发加速到极高的速度。

根据9月25日在线发表在《科学-进展》(Science Advances)杂志上的这项新研究,月球上的银河宇宙射线辐射量比国际空间站上的宇航员所受到的要高出2.6倍(空间站在地球大气层上空运行时,会受到地球磁场的保护)。

不会妨碍阿尔忒弥斯计划

美国国家航空航天局(NASA)正致力于在2024年将宇航员送上月球,并通过名为“阿尔忒弥斯”(Artemis)的太空探索计划,于这个十年内在月球及其周围建立一个人类可持续存在的空间站。NASA官员表示,在阿尔忒弥斯计划中获得的经验也将有助于为载人登陆火星铺平道路,而按照NASA的设想,载人登陆火星将在本世纪30年代实现。

一份对NASA的辐射暴露要求的解读显示,最新报告的这些数据并不会影响阿尔忒弥斯计划。NASA的要求规定,任何宇航员接受的职业辐射剂量都不能导致其终生癌症死亡风险增加3%以上。造成这种危险的总当量剂量除其他因素外,还取决于宇航员的性别,以及开始接受辐射时的年龄。

女性和年轻宇航员面临的风险更大。例如,一名25岁就开始航天生涯的女宇航员的职业暴露上限为100万微西弗,而55岁就开始飞行的男性的职业暴露上限是这个上限的四倍。不过,在每小时60微西弗的情况下,这位25岁的女宇航员可以用将近700天的时间探索月球表面,才会超过她的寿命暴露极限(这一计算并不包括她往返月球的时间)。

该研究的作者表示,LND测量的银河宇宙射线数值可能高于在月球表面漫步的宇航员经历的任何辐射暴露,因为这些数据是在太阳的11年活动周期中不活跃的时期收集的,相对而言,更多的银河宇宙射线能够掠过日球层、带电粒子泡和太阳自身周围的磁场。

然而,这一切并不意味着在阿尔忒弥斯计划中,宇航员的登月时限只有两年;为了安全起见,NASA无疑希望宇航员的辐射暴露随时间“摊平”。例如,对于在国际空间站上飞行的NASA宇航员,其每年的辐射量均不能超过50000微西弗。

另一方面,NASA可能也会尽力将阿尔忒弥斯计划宇航员所经历的辐射风险降到最低,尤其是那些在月球表面执行任务及绕月飞行的宇航员。

“在时间更长的登月任务中,宇航员必须保护自己免受(辐射暴露),他们可以用一层厚厚月球岩石盖住居住地,”研究作者之一、德国基尔大学的罗伯特·维默尔-施魏因格鲁伯(Robert Wimmer-Schweingruber)说,“这可以降低在月球上长时间生活而导致的癌症和其他疾病的风险。”维默尔-施魏因格鲁伯的团队建造了LND。

这些措施也将有助于防范零星但有潜在危险的太阳爆发,即所谓的太阳质子事件(solar particle events,简称SPEs)。在这项新研究的覆盖范围内,LND没有发现任何太阳质子事件,但未来的月球探险者很可能会遭遇这些高能粒子。

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