熔岩管、洞穴或地下棲息地能否為未來火星上的宇航員提供安全的庇護？NASA“好奇號(Curiosity)”火星車團隊的科學家們正在用輻射評估探測器(RAD)來幫助探索這樣的問題。跟地球不同的是，火星沒有磁場來屏蔽太空中呼嘯而過的高能粒子。這種輻射會對人類健康造成破壞，也會嚴重損害火星宇航員將依賴的生命支持系統。
基於來自好奇號RAD的數據，研究人員發現，使用天然材料如火星上的岩石和沉積物可以提供一些保護，進而防止這種無處不在的太空輻射。研究人員在今年夏天發表在《JGR Planets》上的一篇論文中詳細介紹了好奇號是如何在2016年9月9日至21日期間一直停靠在一個名為Murray Buttes的地方的懸崖上。
在那裡，RAD測量到整體輻射下降了4%。更重要的是，該儀器檢測到中性粒子輻射減少了7.5%，包括可以穿透岩石並對人類健康特別有害的中子。這些數字在統計學上很高，高到足以表明這是由於好奇號在懸崖腳下的位置，而不是背景輻射的正常變化。
“我們一直在等待合適的條件來獲得這些結果，這對確保我們的計算機模型的準確性至關重要，”研究論文的第一作者、西南研究所的Bent Ehresmann說道，“在Murray Buttes，我們終於有了這些條件和數據來分析這種影響。我們現在正在尋找RAD可以重複此類測量的其他地點。”
火星上的空間天氣前哨
RAD測量的大部分輻射來自銀河系的宇宙射線–由爆炸的恆星投射出來的粒子，在整個宇宙中被彈開。這形成了一個“背景輻射”的地毯，可能對人類的健康構成威脅。
更強烈的輻射零星地來自太陽，其以太陽風暴的形式將巨大的電離氣體弧線拋入行星際空間。
Jingnan Guo說道：“這些結構在太空中扭曲，有時形成複雜的羊角形通量管，比地球還大，驅動衝擊波，可以有效地激發粒子。”據悉，她領導了一項研究，成果則於9月發表在《The Astronomy and Astrophysics Review》上，其分析了她在德國基督教阿爾布萊希特大學時九年的RAD數據。
“宇宙射線、太陽輻射、太陽風暴–它們都是空間天氣的組成部分，而RAD實際上是火星表面的空間天氣前哨，”RAD儀器的主要研究者、西南研究所的Don Hassler說道。
太陽風暴根據11年的周期以不同的頻率發生，某些周期的風暴比其他周期更頻繁、更有能量。與此相反的是，太陽活動最頻繁的時期可能是未來宇航員在火星上最安全的時期。跟太陽活動較少的時期相比，增加的太陽活動為紅色星球屏蔽了多達30%至50%的宇宙射線。
“這是一種權衡。這些高強度的時期減少了一個輻射源：火星周圍無處不在的高能宇宙射線背景輻射。但與此同時，宇航員將不得不與來自太陽風暴的間歇性、更強烈的輻射作鬥爭，”Guo表示。
“來自RAD的觀測是發展預測和測量空間天氣、太陽對地球和其他太陽系天體影響的能力的關鍵，”NASA太陽物理學部門的空間天氣負責人Jim Spann指出，“在NASA計劃最終的人類火星之旅時，RAD作為前哨站和太陽物理系統觀測站的一部分–一個由27個任務組成的艦隊，調查太陽及其對空間的影響–其研究支持我們對空間的理解和探索。”
儘管過去這九年標誌着太陽活動特別弱的時期，但截止到目前，RAD已經測量了十多個太陽風暴的影響（2012年前往火星時測量了五個）。
現在，科學家們剛剛開始看到活動回升，因為太陽從沉睡中醒來，這一切都變得更加活躍。事實上，RAD在2021年10月28日觀察到了新太陽周期的第一個X級耀斑的證據。X級耀斑是太陽耀斑中最強烈的一類，其中最大的耀斑可以導致地球發生停電和通信中斷。
“這對我們來說是一個令人興奮的時刻，因為RAD的重要目標之一是描述空間天氣的極端情況，”Ehresmann說道，“太陽耀斑和風暴等事件是空間天氣的一種類型，在太陽活動增加時發生得最頻繁–我們現在正接近這個時期。”若想評估一個真正強大的太陽風暴對火星表面的人類有多大危險，科學家們顯然還需要展開更多的研究。
RAD的發現將為未來載人任務編製的更大的數據提供依據。事實上，NASA甚至為好奇號的同行–“毅力號”探測器配備了宇航服材料的樣本以評估它們在一段時間內如何承受輻射。