地球磁场“罩不住”月球? 安全探月还需摸清太阳风动向

地球磁场是否“无法覆盖”月球 ?安全的月球探索需要找出太阳和风的方向

随着“天文一号”的成功发射 ,中国探索火星的旅程正式启动 ,引发了网民之间的热烈讨论  。持久的话题之一是移民到火星。但是,除了地球,人类实际上只涉足了一个天体 。

与火星相比,月球似乎更近了。

最近 ,山东大学空间科学团队和国内外研究人员发现了一种新的月球暴露于太阳辐射的模型-月球可能会在满月期间脱离对地球磁场的保护,并暴露于辐射风险中高能太阳能粒子。相关论文发表在《地球物理研究·空间物理学》上 。

“地球磁尾巴的摇摆是由太阳风和地球磁层之间的相互作用引起的现象。由于这种摇摆会影响月球的太空环境,这项研究将帮助人们了解他们执行长期任务时可能面对的情况。到月球。不同的太空天气 。”该论文的通讯作者,山东大学空间科学与物理学院教授史全奇告诉《科学技术日报》记者,过去人们认为 ,地球磁层的偏转主要发生在远离地球磁层的地方。地球。这是第一次发现这种现象。偏转发生在月球轨道上。

高能粒子影响月球探索活动

满月就像一面镜子,世界安静而美好。但是 ,由于太阳风不断吹入行星际空间并偶尔伴随着太阳喷发,因此没有大气层的月球表面远离“安静”,甚至被高能粒子辐射“轰炸”。

这种“轰炸”对登月有什么影响  ?

“对于月球探测  ,最危险的事情是高能粒子对设备材料和设备的冲击 。”史全奇说。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,例如仪器噪声增加,传感器读取错误和太阳能电池板退化。绕月球运行的卫星也可能受到带电粒子的影响 ,并随着时间的推移而积累,从而导致设备提前“退役”。另外 ,如果人类长时间暴露在超过安全标准的辐射剂量之下,人类细胞将变得癌变。因此,对于在月球表面工作的宇航员而言 ,过多的辐射会影响他们的健康 ,甚至危及生命。

先前的研究表明,当太阳风质子与月球土壤反应时会产生水 。因此,了解月球表面太阳辐射的定律也将有助于更好地了解月球表面水在何处以及如何沉积在月球上 ,这是日常消费和作为航天器燃料的来源 。

当月亮转向远离太阳的一侧时 ,地球的磁场将在一定程度上保护它。研究表明,地球的磁场可以在晚上拉伸很长一段时间,形成一个磁尾,该磁尾会偏转太阳风中的高能粒子,并在月球上放一个“保护罩”。

换句话说 ,在月球公转周期的四分之三期间,太阳风中的质子和电子将直接到达月球表面 ,就像“暴风雨”袭击月球表面一样。在剩下的四分之一时间内 ,月亮将进入地球。

先前的观察和模拟表明,由于在磁层的保护下 ,满月期间在月球轨道上运行的航天器和在月球表面运动的宇航员将相对安全。

这样 ,如果太空天气可以像地球一样有四个不同的季节 ,那么人类在月球上的活动将有一个非常清晰的“安全期”。但是,史全奇的团队发现情况并非如此  ,以前认为的“安全期”也可能非常危险 。

太阳风导致“雨伞”摇摆

2012年3月8日,行星际冲击波击中了月球,阿尔the弥斯登月轨道器在附近运行 。它的磁力计检测到了卫星在太空中的位置处的等离子体速度和磁场大小。定向并将数据发送回地面。

研究人员发现,在行星际撞击通过后 ,太阳风急剧转向,使磁层在月球轨道中偏转  :磁尾像风吹动的“风向袋”一样摇摆。

这种摇摆使月球的太空天气“张大了脸”:满月期间的月球直接暴露在地球的磁鞘(加热和压缩的太阳风)下。如果此时在月球表面进行勘探活动,并且即使保护了地球磁层,宇航员和基地设施也得不到有效的保护,它们仍可能受到来自太阳的高能粒子的攻击。就像在暴风雨中一样,即使人们站在雨伞下,他们仍然会遭受雨淋 。

山东大学的史全奇团队和国家空间科学中心副研究员唐斌斌,与空间天气国家重点实验室开放项目合作,更详细地探讨了“面变”的原因 。通过观测和模拟获得月球空间天气。

唐彬彬介绍说 ,模拟的一个优点是可以重现整个月球空间中的磁场和等离子体活动,克服了卫星只能观测一个或两个点的局限性 。另一方面  ,通过模拟  ,除了重现观察结果之外,您还可以更改不同的输入条件 ,以测试在许多复杂因素中哪个因素占主导地位,这等效于进行多次值实验 。

“由于尚不清楚倾斜的冲击波还是倾斜的太阳风在地球磁层的偏转中起主导作用 ,因此我们通过更改输入条件进行了许多模拟 。例如,在一个模拟中 ,我们让行星际冲击波在地球上的正面冲击仅引起了太阳风向的突然变化。结果,发现磁层可以经历相同的偏转。”史全奇说 ,太阳风本身的转动会引起地球磁场的偏转 ,这意味着这种偏转的发生频率可能​​比事实证明的还要高,因为太阳风满足偏转条件的可能性很大 。比行星际电击的可能性高得多 。

“我们还使用了另一个模型来验证结果。两个不同的全球磁流体模拟结果表明 ,月球上的磁尾偏转主要是由太阳风控制的,时间约为半小时 。”史全奇说 。

新发现有助于登月空间天气预报

如果地球“无法覆盖”月球的现象具有一定的规律可循,那么预计月球空间天气将得到预报和预警。

史全奇解释说:“基础理论研究将基于数据观察和数值模拟结果建立模型。将来,可以通过更靠近太阳的卫星来监视这种偏转。一旦发生偏转现象,信号就可以立即传输到地面,人们可以分析模型以预测磁层到达月球后将偏转到什么程度  。如果偏转严重,您可以提前几十分钟给出预警,通知设施关闭月球上的敏感仪器,并让宇航员立即躲在避难所中 。”

“我们希望这一发现能够在将来帮助改进月球辐射环境的动力学模型,并为月球上的各种活动提供一个安全的缓冲期。”史全奇进一步表示。

“太空天气的预警和预报与地球上的天气预报非常相似。区别是观察对象。太空天气需要跟踪太阳风 ,粒子风暴和行星际电磁场对太空的影响。”史全奇说 ,山东大学已经建立了它 。月球辐射探测实验室除了进一步分析中国的e娥四号探测器返回的月球空间环境数据外,还将开发一些自主探测方法,以期更清晰地研究相关空间天气活动的规律。