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          隨著“天問一號”的成功發射，中國探測火星的征程正式啟動，引發了網友的熱烈討論，其中一個(ge) 經久不衰的話題便是移民火星。然而除了地球外，人類真正踏足過的天體(ti) ，隻有月球一個(ge) 。

　　相較於(yu) 火星，月球似乎更加觸手可及。

　　近日，山東(dong) 大學空間科學團隊聯合國內(nei) 外科研人員發現了月球暴露於(yu) 太陽輻射的新模式——月球在滿月期間可能會(hui) 脫離地球磁場的保護，暴露於(yu) 高能太陽粒子的輻射風險之中。相關(guan) 論文刊登在《地球物理研究·空間物理》上。

　　“地球磁尾的搖擺是太陽風和地球磁層相互作用產(chan) 生的現象。由於(yu) 這種搖擺影響到月球的空間環境，這項研究將有助於(yu) 人們(men) 了解長時間進行登月作業(ye) 時，可能麵臨(lin) 著哪些不同的空間天氣。”論文通訊作者、山東(dong) 大學空間科學與(yu) 物理學院教授史全岐對科技日報記者說，過去認為(wei) 地球磁層偏轉的現象主要發生在距離地球很遠的地方，此次是首次發現這種偏轉發生在月球軌道上。

　　高能粒子影響探月活動

　　一輪滿月，皓明如鏡，人間歲月靜好。然而，由於(yu) 太陽風不停歇地吹向行星際空間，間或伴隨著太陽爆發，沒有大氣層的月球表麵遠非“靜好”，甚至飽受高能粒子輻射的“轟擊”。

　　這樣的“轟擊”會(hui) 給登月帶來哪些影響呢？

　　“對於(yu) 探月，最危險的是高能粒子對設備材料和器件的影響。”史全岐說。高能粒子的轟擊會(hui) 對電子設備和衛星材料造成不同程度的損壞，如導致儀(yi) 器噪聲增加、傳(chuan) 感器讀數錯誤、太陽能電池板退化等。圍繞月球軌道運行的衛星也可能會(hui) 被帶電粒子影響，並隨著時間的推移而累積，導致設備提早“退役”。另外，人類如果較長時間暴露在超過安全標準的輻射劑量下, 人體(ti) 細胞會(hui) 發生癌變。所以對於(yu) 在月表作業(ye) 的航天員來講，過量的輻射會(hui) 影響到身體(ti) 健康，甚至危及生命。

　　此前有研究表明，當太陽風質子與(yu) 月球土壤發生反應時會(hui) 產(chan) 生水，因此了解太陽輻射對於(yu) 月球表麵的作用規律，也有助於(yu) 更好地了解水在月球表麵的沉積位置和方式，以供月球作業(ye) 的日常消耗，並作為(wei) 航天器燃料的來源。

　　當月球公轉到遠離太陽的一側(ce) 時，地球磁場會(hui) 對其產(chan) 生一定的保護作用。有研究顯示，地球磁場在夜晚麵可以被拉得很長，形成磁尾，從(cong) 而偏轉太陽風中的高能粒子，給月球罩上“保護罩”。

　　也就是說，在月球公轉周期的四分之三時間裏，太陽風中的質子、電子等會(hui) 直達月球表麵，猶如“暴風驟雨”襲擊月表；在剩餘(yu) 的四分之一時間裏，月球會(hui) 進入地球的磁保護傘(san) ——磁層中。

　　此前觀測和模擬工作已表明，由於(yu) 地球磁層的保護，運行在月球軌道上的航天器和在月麵上活動的航天員會(hui) 在滿月期間相對安全一些。

　　如此看來，如果空間天氣能像地球一樣四季分明，那人類在月球上的活動將有很明確的“安全期”。然而史全岐團隊研究發現，事實並非如此，此前認為(wei) 的“安全期”也可能存在很大的風險。

　　太陽風導致“保護傘(san) ”搖擺

　　2012年3月8日，一道行星際激波襲向月球，阿爾忒彌斯月球軌道探測器正在附近運行，它裝載的磁強計探測到空間中衛星所在位置的等離子體(ti) 速度以及磁場的大小和方向，並將數據傳(chuan) 回地球。

　　研究人員發現行星際激波通過後，太陽風發生了大幅度轉向，導致磁層在月球軌道處產(chan) 生大幅度的偏轉：磁尾就像被風吹拂的“風向袋”一樣搖擺。

　　這樣的搖擺導致月球的空間天氣“大變臉”：處於(yu) 滿月期間的月球直接暴露於(yu) 地球磁鞘（被加熱和壓縮的太陽風）之中。如果此時月表上有探測活動，而宇航員和基地設施沒有得到有效保護，即便有著地球磁層的保護，他們(men) 仍然有可能被太陽高能粒子襲擊。就像在狂風暴雨中，人即使站在傘(san) 下，仍然會(hui) 被雨水淋到。

　　山東(dong) 大學史全岐團隊與(yu) 國家空間科學中心副研究員唐斌斌共同合作，在空間天氣國家重點實驗室開放課題的支持下，通過觀測和模擬，對月球空間天氣的“變臉”原因進行更細致的探索。

　　唐斌斌介紹，模擬的一個(ge) 好處，是可以對地月空間的磁場和等離子活動進行整體(ti) 再現，克服了衛星隻能觀測一兩(liang) 個(ge) 點的局限性；另一方麵，通過模擬，除了可以再現觀測的情況外，還可以通過改變不同的輸入條件，去試驗在眾(zhong) 多複雜的因素裏，到底哪個(ge) 因素占主導地位，相當於(yu) 可以做很多次數值實驗。

　　“因為(wei) 不清楚在地球磁層偏轉現象中，到底是傾(qing) 斜的激波還是傾(qing) 斜的太陽風起主導作用，我們(men) 就通過改變輸入條件做了多次模擬。例如，在一次模擬裏麵，我們(men) 讓行星際激波正麵衝(chong) 擊地球，僅(jin) 僅(jin) 讓太陽風的方向發生突變，結果發現磁層可以發生同樣的偏轉。”史全岐說，太陽風本身的轉向就能促成地球磁場偏轉，意味著這種偏轉情況發生的頻率可能會(hui) 比原來想象的還要高，因為(wei) 滿足偏轉條件的太陽風出現的概率，比行星際激波出現的概率要高得多。

　　“我們(men) 也用另一種模型進行了結果的驗證。兩(liang) 種不同的全球磁流體(ti) 模擬結果都表明，月球位置上的磁尾偏轉主要受太陽風的控製，時間尺度約為(wei) 半小時。”史全岐表示。

　　新發現有助月球空間天氣預報

　　如果地球“罩不住”月球的現象有規律可循，那麽(me) 月球空間天氣將有望做到預報預警。

　　史全岐解釋說：“基礎理論研究將根據數據的觀測和數值模擬結果構建模型。未來可以通過距離太陽更近的衛星去監測這種偏轉。一旦偏轉現象發生，就可以馬上把信號傳(chuan) 遞到地麵，人們(men) 就能經過模型分析，預測它到達月球後會(hui) 使磁層偏轉到什麽(me) 程度。如果偏轉得很厲害，就可以提前幾十分鍾進行預警，通知關(guan) 閉月球上的設施敏感儀(yi) 器，並讓宇航員馬上躲到掩蔽設施中去。”

　　“我們(men) 期待這一發現能夠在將來幫助改進月球輻射環境的動態模型，為(wei) 月球上的各類活動提供一個(ge) 安全緩衝(chong) 期。”史全岐進一步表示。

　　“空間天氣的預警預報很像地球上的天氣預報，不同的是觀測對象，空間天氣需要追蹤太陽風、粒子風暴和行星際電磁場等因素對空間造成的影響。”史全岐說，山東(dong) 大學目前已經建立了月球輻射探測實驗室，除了進一步分析我國嫦娥四號探測器傳(chuan) 回的月球空間環境數據之外，還將發展一些自主探測手段，希望將相關(guan) 空間天氣的活動規律研究得更加清楚。


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