蒲公英李恭地球磁场“罩不住”月球？ 安全探月还需摸清太阳风动向

　　下图为NASA供图

　　随着“天问一号”的成功发射，中国探测火星的征程正式启动，引发了网友的热烈讨论，其中一个经久不衰的话题便是移民火星。然而除了地球外，人类真正踏足过的天体，只有月球一个。

　　相较于火星，月球似乎更加触手可及。

　　近日，山东大学空间科学团队联合国内外科研人员发现了月球暴露于太阳辐射的新模式——月球在满月期间可能会脱离地球磁场的保护，暴露于高能太阳粒子的辐射风险之中。相关论文刊登在《地球物理研究·空间物理》上。

　　“地球磁尾的摇摆是太阳风和地球磁层相互作用产生的现象。由于这种摇摆影响到月球的空间环境，这项研究将有助于人们了解长时间进行登月作业时，可能面临着哪些不同的空间天气。”论文通讯作者、山东大学空间科学与物理学院教授史全岐对科技日报记者说，过去认为地球磁层偏转的现象主要发生在距离地球很远的地方，此次是首次发现这种偏转发生在月球轨道上。

　　高能粒子影响探月活动

　　一轮满月，皓明如镜，人间岁月静好。然而，由于太阳风不停歇地吹向行星际空间，间或伴随着太阳爆发，没有大气层的月球表面远非“静好”，甚至饱受高能粒子辐射的“轰击”。

　　这样的“轰击”会给登月带来哪些影响呢？

　　“对于探月，最危险的是高能粒子对设备材料和器件的影响。”史全岐说。高能粒子的轰击会对电子设备和卫星材料造成不同程度的损坏，如导致仪器噪声增加、传感器读数错误、太阳能电池板退化等。围绕月球轨道运行的卫星也可能会被带电粒子影响，并随着时间的推移而累积，导致设备提早“退役”。另外，人类如果较长时间暴露在超过安全标准的辐射剂量下, 人体细胞会发生癌变。所以对于在月表作业的航天员来讲，过量的辐射会影响到身体健康，甚至危及生命。

　　此前有研究表明，当太阳风质子与月球土壤发生反应时会产生水，因此了解太阳辐射对于月球表面的作用规律，也有助于更好地了解水在月球表面的沉积位置和方式，以供月球作业的日常消耗，并作为航天器燃料的来源。

　　当月球公转到远离太阳的一侧时，地球磁场会对其产生一定的保护作用。有研究显示，地球磁场在夜晚面可以被拉得很长，形成磁尾，从而偏转太阳风中的高能粒子，给月球罩上“保护罩”。

　　也就是说，在月球公转周期的四分之三时间里，太阳风中的质子、电子等会直达月球表面，犹如“暴风骤雨”袭击月表；在剩余的四分之一时间里，月球会进入地球的磁保护伞——磁层中。

　　此前观测和模拟工作已表明，由于地球磁层的保护，运行在月球轨道上的航天器和在月面上活动的航天员会在满月期间相对安全一些。

　　如此看来，如果空间天气能像地球一样四季分明，那人类在月球上的活动将有很明确的“安全期”。然而史全岐团队研究发现，事实并非如此，此前认为的“安全期”也可能存在很大的风险。

　　太阳风导致“保护伞”摇摆

　　2012年3月8日，一道行星际激波袭向月球，阿尔忒弥斯月球轨道探测器正在附近运行，它装载的磁强计探测到空间中卫星所在位置的等离子体速度以及磁场的大小和方向，并将数据传回地球。

　　研究人员发现行星际激波通过后，太阳风发生了大幅度转向，导致磁层在月球轨道处产生大幅度的偏转：磁尾就像被风吹拂的“风向袋”一样摇摆。

　　这样的摇摆导致月球的空间天气“大变脸”：处于满月期间的月球直接暴露于地球磁鞘（被加热和压缩的太阳风）之中。如果此时月表上有探测活动，而宇航员和基地设施没有得到有效保护，即便有着地球磁层的保护，他们仍然有可能被太阳高能粒子袭击。就像在狂风暴雨中，人即使站在伞下，仍然会被雨水淋到。

　　山东大学史全岐团队与国家空间科学中心副研究员唐斌斌共同合作，在空间天气国家重点实验室开放课题的支持下，通过观测和模拟，对月球空间天气的“变脸”原因进行更细致的探索。

　　唐斌斌介绍，模拟的一个好处，是可以对地月空间的磁场和等离子活动进行整体再现，克服了卫星只能观测一两个点的局限性；另一方面，通过模拟，除了可以再现观测的情况外，还可以通过改变不同的输入条件，去试验在众多复杂的因素里，到底哪个因素占主导地位，相当于可以做很多次数值实验。