2006年3月4日 星期六

登陸火星:有怎樣可怕的代價?

第一個人類火星計劃在不久的未來將要實施,勇敢的宇航員將懷著探索生命和宇宙的起源的疑問再次冒險未知的星球,可是又有誰知道我們將付出怎樣可怕的代價?

地球與火星之間的旅程上,因為無處不在的太空輻射而危險重重。這些危險究竟會使人體受到多大傷害?為了踏上火星,人類還要做些什麼准備?美國宇航局的科學家們正在為此而努力研究,研究結果將告訴我們火星之旅能否成行。

不解的孽緣:宇宙輻射與癌症

“能否踏上火星的土地,需要解決的一個大問題就是太空輻射。”

美國宇航局太空輻射健康組織的專家弗蘭克﹒古森諾塔說,“我們已經清楚有多少種、多大劑量的射線,正在地球與火星之間的太空中等著我們呢。但是我們不知道,當人體接觸到它們後,究竟會引起多大的麻煩。”

宇 航員在太空中生活的歷史不算短,已經可以追溯到45年以前了,但除了以飛快的速度作了幾次短暫的月球之旅以外,宇航員基本上從沒有在極為遠離地球的深度太 空中呆過很長時間。深空中來往穿梭著大量來自於太陽風的高能質子流、來自於黑洞新生期間產生的伽馬射線暴以及各種恆星爆炸中產生的宇宙射線。在通往火星的 遙遠旅途上,如果附近沒有大行星阻擋或者偏轉這些射線,將憑空又多一層冒險。

美國宇航局以致癌程度來衡量與評估輻射的危險度。一個無吸煙不良嗜好的40歲的健康美國人,他們最終因癌症而死亡的幾率是20%。這是當檢驗對象生活在地球上的情況,如果他旅行到了太空,這個危險的幾率將上升

這個危險究竟有多大呢?科學家們研究了在60年前日本廣島原子彈爆炸中幸存下來的受過大劑量輻照人群患上癌症的情況後,得出這樣的結論:在火星上執行一項達1000天時間的任務後,患癌的危險將增加1%到19%,而最可能的數據是3.4%。但這種危險幾率對於婦女并不適用,因為比男性多了更易受傷害的乳房和卵巢,女宇航員患癌症的危險度差不多是男性的兩倍

輻 射致癌的危險范圍被劃定得非常寬,如果太空輻射對致癌危險僅僅增加區區百分之幾,人類完全不必對飛向火星的旅行擔憂。問題是如果是19%的比率,這些才 40來歲的宇航員回到地球後,在以後的生活中將面臨高達20% +19% = 39%的患癌危險。這是無法讓人們接受的。

路漫漫危險重重

太空輻射是一種包含伽馬射線、高能質子和宇宙射線的特殊混合體。而原子彈爆炸、癌症治療和其它研究手段的理論基礎,都無法真正與太空輻射的情況完全一致。所以,太空輻射的實際危險遠不是我們實驗室里能估計得到的情況。

在通往火星的路途上,對宇航員來說最大的威脅還是“銀河系宇宙射線”,它們是一些從遙遠的超星星爆炸中產生的粒子,被加速到了接近光速。這些粒子中最危險的又數重離子核,如離子化的鐵原子核,它們的能量(百萬以上電子伏特)比來自於太陽風的高速質子的能量(幾十到幾百電子伏特)可要高多了。這樣的高能粒子像微小的加農炮彈珠,輕而易舉地穿透飛船外殼,鑽破人的皮膚,打斷細胞中遺傳物質DNA的雙鏈,毀壞基因甚至殺死細胞

至 今,人類的宇航員其實基本上從未歷經過完全劑量的深空宇宙射線照射。即使是常年運轉的國際空間站,它的軌道也僅僅只在地球上空的400公里處。而我們的地 球球體通過低層大氣的折射,在宇宙射線到達國際空間站之前已經攔截掉了其中最具危險的三分之一粒子,還有三分之一則被地球磁場給反射掉了。僅僅只有很少部 分的宇宙射線打到了人體的身上。

飛往月球的阿波羅號上宇航員所受到的宇宙射線輻射劑量比太空站中的宇航員多兩倍,雖然整個空間穿梭行程只有數天,但已經讓他們的眼睛受到了巨大的傷害,多年後,這些宇航員都患上了白內障。阿波羅號的宇航員至今仍然記得,在飛向月球的路上,他們甚至一路看見宇宙射線像火花一樣在他們的視網膜上閃耀。幸好除此之外他們似乎沒有受到其它傷害,因此弗蘭克﹒古森諾塔總結說,在外面只呆上幾天可能是安全的。

但是比起月球來,火星離我們地球遙遠得多,因此宇航員在路上的旅行時間將會長達一年以上。 如此長時間暴露在“銀河系宇宙射線”中,沒有哪一個科學研究小組能夠估計可能的危險後果。承擔對此進行研究的小組是美國宇航局下屬的新太空輻射實驗室,他 們通過粒子加速器來模擬宇宙射線。研究人員用加速器中產生的高能粒子束來照射哺乳動物的細胞和組織,然後觀察它們所受的傷害。一旦所有的危險都已查明,美 國宇航局的專家們就能決定究竟應該造什麼樣的太空飛船飛往火星。

塑料制成宇宙金盾

研究人員研究了主要以鋁質金屬材料制造的火星飛船對射線的吸收情況,發現鋁皮飛船殼可以吸收掉照射到上面的一半輻射線。金屬鋁材料質量輕、質地堅硬、并且在制造工程領域廣為應用,成為制造航空器材最看好的材料。過去阿波羅太空船的指令艙就是以這種材料制成的。

但是像鋁這種常規材料還是不能滿足飛往火星的苛刻要求,研究人員現在已經准備好了幾種替代品,其中就有一種神奇的塑料。塑料是一種富含氫元素的物質,而氫元素對宇宙射線具有良好的吸收與散射性能,例如,我們常用來制造垃圾袋的聚乙烯塑料,甚至比金屬鋁還能多吸收20%的宇宙射線,所以聚乙烯成為當前制作輻射防護產品的熱門材料。馬歇爾太空飛行器研究中心制造的一種超強聚乙烯材料比鋁還要硬十倍,并且也要輕許多,只是造價非常昂貴,如果足夠便宜,它將成為新一代太空飛船的制造材料,飛船制造者們就會用來武裝宇航員生活的區域。實際上,國際空間站的宇航員們已經在使用這種材料制成的便攜防護用品。

如果塑料還是不能讓人類在太空中自由穿行,純氫將會被釆用。以相同制造成本生產的液態氫比金屬鋁抵御宇宙射線的能力高2.5倍,所以,更先進的太空飛船可以這樣來設計:將裝載液態氫燃料的燃料艙設計成牆壁夾層式,把宇航員生活區包裹起來。

人類究竟能不能踏上遙遠的火星呢?只有弄清楚了人體對宇宙輻射的承受能力,并且明確了需要制造怎樣的飛船以後,這個問題才好被真正回答。

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