茫茫的太空，深邃而遙遠(yuǎn)。它看似空空蕩蕩，卻又藏著許多奧秘。今天，我們一起來探索浩瀚太空里小小粒子的秘密。

太空有多大

所謂太空，是指地球大氣層以外的宇宙空間，代表著極高的、深不可測的天空。近些年來，隨著太空探索技術(shù)的發(fā)展，大家普遍以人造衛(wèi)星離開地面的最低高度（100～110千米）作為外層空間的最低極限界限。

太空環(huán)境

與浩瀚的宇宙相比，人類的生活空間只存在于一個(gè)小小角落。我們熟悉的太陽、月亮和漫天繁星，對于宇宙來說也是微不足道的，畢竟在銀河系的10萬光年直徑之外，還有至少930億光年的空間。夜空里那些繁密的星，縱使有幾百顆在同時(shí)眨眼，由于相互之間距離遙遠(yuǎn)，此生它們都不可能真正相見。

在太空里，除了有人們熟知的恒星、行星、衛(wèi)星、彗星等天體，還有人造衛(wèi)星，以及人造衛(wèi)星的碎片和其他太空垃圾。高真空環(huán)境下的重力加速度不到地球的百分之一，因此像人類一樣的碳基生命可能無法生存。目前為止，人類不確定是否有其他外星文明存在。所以傳統(tǒng)認(rèn)知上的太空，仍舊一片死寂。

然而，太空，真的什么都沒有嗎？

太空，并不空

其實(shí)，真實(shí)的太空并不“太平”。在這里，各種天體會(huì)不停歇地向外輻射電磁波，例如太陽的電磁輻射。除此之外，許多天體還會(huì)向外輻射高能粒子，包括質(zhì)子、中子、電子、重離子等。以“大火球”太陽為例，太陽宇宙射線輻射就是太陽在發(fā)生耀斑爆發(fā)時(shí)向外發(fā)射的高能粒子，而太陽風(fēng)則是由日冕吹出的高能等離子體流。

太陽耀斑

而且，由于天體磁場的作用，會(huì)俘獲如上述太陽“爆發(fā)”所射出的高能帶電粒子，進(jìn)而形成輻射很強(qiáng)的輻射帶。其實(shí)，在我們的母星地球的上空，就有內(nèi)、外兩個(gè)輻射帶。

隨著深空探測技術(shù)的迅速發(fā)展，人類已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了載人航天和月球登陸，這些偉大的成就也讓我們對未來的火星登陸、太空移民等充滿了期待。然而，太空中存在的這些高能粒子，成為航空航天技術(shù)發(fā)展的巨大阻礙，使得人類在探索太空過程中所面臨的輻射環(huán)境愈發(fā)復(fù)雜，甚至恐怖。

電影《火星救援》

輻射：空間飛行的天敵

人類在探索太空的進(jìn)程中，需要研制出能在極端環(huán)境下使用、高性能且高可靠的航天器，因?yàn)轱w行器所處的太空環(huán)境里，包括銀河宇宙射線、太陽粒子事件、星體俘獲輻射帶等多種輻射。

銀河宇宙射線

銀河宇宙射線，顧名思義，就是由來自太陽系之外更廣闊宇宙空間的高能粒子產(chǎn)生的輻射。在這種射線的組成成分中，絕大部分是質(zhì)子，大約占比87%，其他還有少量電子、重離子等。銀河宇宙射線能量很高，通量較低，一個(gè)平方厘米范圍內(nèi)，可能1s都不會(huì)有一顆粒子光顧。

雖然銀河宇宙射線的粒子是來自太陽系之外的地方，但其也受到太陽活動(dòng)周期的影響。太陽活動(dòng)強(qiáng)烈時(shí)，銀河宇宙射線會(huì)受到抑制；太陽活動(dòng)平靜時(shí)，銀河宇宙射線則會(huì)更強(qiáng)。由于銀河宇宙射線本身通量較小，同時(shí)受到地球磁場和大氣的阻礙，只有極少能到達(dá)地球。而南極和北極地區(qū)由于地磁場分布方向的原因，受到銀河宇宙射線的輻射量更高一些。

太陽粒子事件

太陽粒子事件也很好理解，就是由太陽活動(dòng)而產(chǎn)生的輻射，這里主要指太陽耀斑活動(dòng)。由于太陽耀斑活動(dòng)中產(chǎn)生的粒子中絕大多數(shù)是質(zhì)子，因此，太陽粒子事件也被稱為太陽質(zhì)子事件。

與銀河宇宙射線相比，太陽粒子事件更受太陽活動(dòng)周期影響。只不過太陽活動(dòng)強(qiáng)烈的時(shí)候，太陽粒子事件就越強(qiáng)烈；太陽活動(dòng)平靜的時(shí)候，太陽粒子事件也越平靜。當(dāng)太陽粒子事件發(fā)生時(shí)，地球周圍如同遭遇了一場高能帶電粒子“暴雨”的襲擊。此時(shí)衛(wèi)星、空間站等太空設(shè)施，就很可能遭遇巨大災(zāi)難。

地球俘獲輻射帶

上圖中這個(gè)像甜甜圈一樣的輻射帶，就是地球的星體俘獲輻射帶。它分為內(nèi)、外兩層，外輻射帶主要捕獲的是電子，內(nèi)帶主要俘獲的是質(zhì)子，能量可能高達(dá)500MeV。地球內(nèi)層俘獲輻射帶比較穩(wěn)定，外層俘獲輻射帶則容易受到太陽活動(dòng)的強(qiáng)烈影響，穩(wěn)定性較差。在內(nèi)外層之間有一個(gè)帶縫，奇妙的是，這個(gè)縫中空間是一個(gè)輻射很少的安全地帶。

由此看到，太空的輻射環(huán)境十分復(fù)雜且強(qiáng)大。雖然星與星之間距離可達(dá)數(shù)光年，但卻充斥著各種高能粒子?？蛇@些粒子多大呢？來看下面的數(shù)據(jù)：質(zhì)子的直徑在（10^-15米）量級，大約是一個(gè)乒乓球的20000億分之一大??；重離子的直徑在（10^-10米）量級，也只是一個(gè)乒乓球的0.1億分之一大小。與宇宙相比，高下立見！

雖然它們很微小，破壞力卻十分驚人。有史以來，很多飛行器已經(jīng)因?yàn)樗鼈兏愠龅摹捌茐摹倍姓?，甚至引起了整個(gè)飛行任務(wù)的失敗。

在太空飛，會(huì)受到什么輻射

在超級英雄電影中，我們時(shí)常能看到英雄們上天入地，無所不能?，F(xiàn)在，假設(shè)你是一個(gè)“超人”，在空中飛行會(huì)受到什么影響呢？

電影《超人》

假如你不肯遠(yuǎn)離家鄉(xiāng)，選擇在約2000千米以內(nèi)近地軌道飛行，由于地球磁場與大氣層的防護(hù)，你受到的輻射劑量主要來源于地球俘獲帶和銀河宇宙輻射。當(dāng)然，輻射強(qiáng)度大小取決于你所處位置的軌道高度和傾角。

但假如你正在遠(yuǎn)離家鄉(xiāng)，向火星進(jìn)軍，就意味著你將離開地球磁場的保護(hù)。在往返地球途中，空間輻射環(huán)境的主要輻射源就變成了銀河宇宙射線和太陽粒子事件。

然而超級英雄畢竟是幻想，只有搭載飛行器飛上太空才是可行的。我們通常都認(rèn)為機(jī)器是鋼筋鐵骨，能抵抗最惡劣的條件，去到人類無法涉足的各種極端的環(huán)境。然而在太空輻射環(huán)境下的飛行器，真的做到了無懼無畏嗎？答案是否定的。在人類不足百年的空間探索歷史長河里，飛行器在輻射環(huán)境中出現(xiàn)問題的情況更是復(fù)雜，關(guān)于這個(gè)問題，我們以后再一起探究吧！