又一個(gè)火星發(fā)射窗口來臨，阿聯(lián)酋、中國與美國的3艘火星探測(cè)器將相繼啟程，去往這個(gè)我們探測(cè)了60年的紅色星球。短期登陸火星何時(shí)能夠照進(jìn)現(xiàn)實(shí)，尚無明確時(shí)間表，但作為太陽系中與地球環(huán)境最接近的行星，在火星建立新的棲息地已是不少人的憧憬與幻想——移民火星，你想去嗎？

　　移民火星，這一出現(xiàn)于科幻作品中的橋段，如今距離照進(jìn)現(xiàn)實(shí)似乎越來越近。然而，如果人類真要在火星生存，這些新移民的手機(jī)天氣APP中需要提供兩類天氣信息：一類與地球日常天氣一樣，是火星大氣變化造成的風(fēng)暴、沙塵等現(xiàn)象；另一類則是與宇宙線輻射相關(guān)的空間天氣信息。無論是乘坐飛船往返火星與地球之間，還是在火星表面生活，輻射問題都不可忽視。但與人們?nèi)粘��?duì)輻射諸多不合理的擔(dān)憂與恐懼不同，輻射是登陸火星的確切威脅，必須直視。

　　1972年，美國阿波羅登月計(jì)劃接近尾聲，人們已經(jīng)習(xí)慣了宇航員們乘坐飛船來往穿梭于地球與月球之間，似乎只是出了一趟遠(yuǎn)門。

　　然而，若干年后，當(dāng)空間天氣學(xué)家們對(duì)太陽活動(dòng)有了更深入認(rèn)識(shí)，他們驚恐地發(fā)現(xiàn)，原來阿波羅16號(hào)宇航員曾與足以奪取生命的災(zāi)難擦肩而過——1972年8月2日，就在阿波羅16號(hào)返回地球后幾個(gè)月、阿波羅17號(hào)準(zhǔn)備發(fā)射時(shí)，太陽爆發(fā)了一次巨大耀斑。據(jù)科學(xué)家估計(jì)，耀斑爆發(fā)時(shí)，如果宇航員剛好在月球表面活動(dòng)，將會(huì)在短時(shí)間內(nèi)受到4西弗劑量的輻射，超過一般認(rèn)為的致死劑量3西弗。西弗的輻射劑量有多大？大概相當(dāng)于人體經(jīng)受4萬次胸透后所累積的輻射。

　　這一輻射的元兇太陽耀斑，是太陽表面的一種爆發(fā)現(xiàn)象，能導(dǎo)致磁場(chǎng)中儲(chǔ)存的能量被快速釋放。一次大耀斑釋放的能量，與成百上千顆氫彈同時(shí)爆炸釋放的能量相當(dāng)，可以將太陽日冕中的粒子加速到接近光速向太空中奔去。僅需幾十分鐘，這些高能粒子就能到達(dá)地球與火星附近。也就是說，當(dāng)?shù)厍蚋浇�探測(cè)器發(fā)現(xiàn)耀斑爆發(fā)并給出警告后，留給宇航員做出反應(yīng)并采取防護(hù)措施的時(shí)間很短。

　　太陽耀斑是一種偶發(fā)性爆發(fā)事件。當(dāng)太陽表面的太陽黑子數(shù)量較多時(shí)，爆發(fā)耀斑的可能性更大。大型黑子群是孕育強(qiáng)耀斑的土壤，這些黑子群一般有著復(fù)雜日冕磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，在太陽內(nèi)部對(duì)流作用下，磁場(chǎng)不斷剪切、扭纏，如同越繃越緊的發(fā)條不斷積蓄能量，并在瞬間釋放。消亡之前，這些黑子群會(huì)反復(fù)將日冕磁場(chǎng)的“發(fā)條”擰緊，產(chǎn)生多個(gè)耀斑爆發(fā)。

　　大耀斑爆發(fā)的同時(shí)，一般會(huì)伴隨著另一種太陽爆發(fā)——日冕物質(zhì)拋射。如果將耀斑看作雷電，那么日冕物質(zhì)拋射就是一陣暴風(fēng)雨。從太陽出發(fā)，日冕物質(zhì)拋射最快10多個(gè)小時(shí)即可到達(dá)地球、20多個(gè)小時(shí)就能到達(dá)火星。日冕物質(zhì)拋射前的激波也會(huì)產(chǎn)生高能粒子流，有時(shí)還比耀斑更劇烈。不過有個(gè)好消息，一旦我們監(jiān)測(cè)到太陽附近日冕物質(zhì)拋射，宇航員的避險(xiǎn)時(shí)間比耀斑爆發(fā)要長一些。

　　雖然某次特定太陽耀斑與日冕物質(zhì)拋射威力十分驚人，但是這些太陽爆發(fā)現(xiàn)象并不是持續(xù)出現(xiàn)的。太陽爆發(fā)會(huì)出現(xiàn)一定間歇期，在太陽活動(dòng)極小年份，這種間歇期還可能比較長。

　　你以為航天員可以松一口氣了？并沒有，因?yàn)橛钪嬷械妮椛渫�脅可不止來自于太陽。

　　在更加遙遠(yuǎn)的太空中，諸如超新星爆發(fā)等現(xiàn)象更為劇烈。這些現(xiàn)象產(chǎn)生的高能粒子流可以侵入太陽系之內(nèi)，到達(dá)地球與火星附近，威脅航天員安全。與間歇發(fā)生的太陽耀斑不同，由于銀河宇宙線來源遍布全宇宙，它幾乎持續(xù)存在。源自太陽的行星際磁場(chǎng)對(duì)銀河宇宙線具有一定屏蔽作用，在黑子比較多的太陽活動(dòng)高年，行星際磁場(chǎng)的磁通量有所增加，銀河宇宙線強(qiáng)度會(huì)變得較低。然而，當(dāng)太陽活動(dòng)降低時(shí)，銀河宇宙線強(qiáng)度會(huì)隨之增強(qiáng)。此外，銀河宇宙線中存在一些原子量比較大的重元素高能粒子，甚至能穿透目前載人飛船保護(hù)層，或轟擊宇宙飛船外殼材料產(chǎn)生二次輻射，更加防不勝防。

　　也就是說，源自太陽耀斑的太陽宇宙線與源于遙遠(yuǎn)天體的銀河宇宙線此消彼長，共同構(gòu)成極寒與接近真空以外，太空中又一個(gè)惡劣環(huán)境來源。雖然，一次產(chǎn)生致命輻射劑量的太陽爆發(fā)相當(dāng)罕見，但在銀河宇宙線與規(guī)模相對(duì)小的太陽爆發(fā)共同作用下，長時(shí)間執(zhí)行深空任務(wù)的宇航員可能會(huì)累積下超量輻射。

　　幸運(yùn)的是，生活在地球上的人們無需對(duì)這些來自太空中的高能粒子擔(dān)心。這是因?yàn)榇笞匀唤o予了地球磁場(chǎng)和濃厚的大氣層，成為抵御宇宙線的天然屏障。一旦我們遠(yuǎn)離地面，宇宙線輻射強(qiáng)度會(huì)隨之升高。例如，民航飛機(jī)飛行在萬米高空失去一部分大氣的保護(hù)，乘客與機(jī)組人員所受輻射劑量就比地面要高。在低地球軌道中生活的宇航員，則會(huì)承受比飛機(jī)乘客更大的輻射風(fēng)險(xiǎn)。至于飛往月球的宇航員，風(fēng)險(xiǎn)將更大。

　　一旦去往火星，必須脫離地球磁層保護(hù)，進(jìn)入深空飛行。此時(shí)，銀河宇宙線與太陽宇宙線輻射均將更強(qiáng)，就像開著敞篷跑車去往火星，缺乏相應(yīng)防護(hù)，恐怕兇多吉少。

　　2012年發(fā)射的好奇號(hào)火星車上，搭載了一臺(tái)名為“輻射評(píng)估探測(cè)器”(RAD)的儀器，用來測(cè)量在飛往火星途中與降落在火星表面后，好奇號(hào)火星車所接收的輻射劑量。在飛往火星與在火星著陸過程中，好奇號(hào)實(shí)際是“火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室”號(hào)飛船的乘客，而這艘飛船對(duì)宇宙線的防護(hù)水平與美國國家航空航天局(NASA)未來執(zhí)行深空探測(cè)任務(wù)的載人飛船基本相當(dāng)，可以估計(jì)未來宇航員可能受到的輻射。

　　RAD探測(cè)結(jié)果顯示，在來往火星共約360天的路程中，一位宇航員可能受到0.662西弗輻射，相當(dāng)于NASA對(duì)宇航員在職業(yè)生涯中總輻射限制的62%。此外，就算到了火星，宇宙線問題仍繼續(xù)伴隨著人們�；鹦菦]有較強(qiáng)的內(nèi)稟磁場(chǎng)，無法像地球那樣擁有自己的磁層。在太陽風(fēng)吹拂下，火星大氣逐漸被侵蝕，變得稀薄，密度僅相當(dāng)于地球大氣密度的1%左右。因此，火星大氣無法為人類提供足夠保護(hù)。

　　根據(jù)“火星奧德賽”號(hào)的探測(cè)數(shù)據(jù)，火星表面平均輻射水平約為國際空間站內(nèi)宇航員所受輻射水平的2.5倍，是地球表面日常輻射水平近13倍。這樣的輻射水平短時(shí)間內(nèi)不會(huì)對(duì)人造成不可逆?zhèn)�害，但長時(shí)間累積會(huì)帶來癌癥等各種健康風(fēng)險(xiǎn)。美國內(nèi)華達(dá)大學(xué)研究者在2017年發(fā)表論文顯示，通過更優(yōu)化的傷害模型評(píng)估，火星輻射帶來的健康風(fēng)險(xiǎn)比此前預(yù)計(jì)要高一倍。在火星生活，更容易罹患癌癥、中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病、白內(nèi)障、循環(huán)系統(tǒng)疾病與急性輻射綜合征。為了健康生活，大部分時(shí)間內(nèi)，火星移民們可能不得不待在地下庇護(hù)所中。

　　目前，我們對(duì)飛往火星與火星表面輻射狀況的認(rèn)識(shí)仍比較有限，新數(shù)據(jù)在不斷刷新人類認(rèn)知。2017年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)MAVEN探測(cè)器在一次強(qiáng)烈太陽爆發(fā)事件后測(cè)量到的輻射水平，比好奇號(hào)火星車之前所測(cè)到的最高水平要高一倍。太陽活動(dòng)存在11年周期，每個(gè)太陽活動(dòng)周強(qiáng)度又有所不同。距離我們最近的23與24太陽周強(qiáng)度均比之前幾周強(qiáng)度低不少，而在強(qiáng)度更高太陽活動(dòng)周中出現(xiàn)的幾十年一遇，甚至百年或千年一遇的超強(qiáng)太陽風(fēng)暴，火星移民們要怎樣面對(duì)？人類尚無法回答。

　　實(shí)際上，輻射問題僅僅是移民火星之路上要解決的諸多問題之一。在火星安營扎寨后，火星移民們?nèi)绾巫越o自足獲取水、食物與能源，擴(kuò)大火星建筑的材料能否從火星表面提煉，火星移民的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)秩序如何形成，是否存在與地球建立貿(mào)易往來的可能？這些問題需要科學(xué)家們進(jìn)一步探索，需要新的探測(cè)數(shù)據(jù)一點(diǎn)點(diǎn)解答。

　　目前，對(duì)于火星輻射問題，空間天氣學(xué)家們能做的是，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)太陽活動(dòng)規(guī)律，發(fā)展出更高效、更準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)模型，從而更加準(zhǔn)確估計(jì)宇宙線強(qiáng)度，在太陽爆發(fā)事件發(fā)生之前及時(shí)發(fā)出預(yù)警。航天工程師們則致力于研制出更輕巧、屏蔽效能更高的防護(hù)材料，給飛船與火星建筑提供更強(qiáng)防護(hù)性能。相信當(dāng)火星移民真正實(shí)現(xiàn)的那一天，去往火星的旅程一定舒適而安全。

（李會(huì)超）