太空生活揭秘：遭遇太陽風暴時，宇航員怎麼辦？

　　神舟十一號載人飛船17日已經成功發射了，共載有兩名航天員，並計劃於今日與天宮二號空間實驗室進行交會對接。成功對接後，兩名航天員將正式「入宮」，進行空間實驗。

　　作為分不清高端載荷設備、也看不懂前沿科學實驗的吃瓜群眾，最吸引眼球的無疑是宇航員在空間實驗室里長達30多天的中期駐留了。這一個多月的時間裡，宇航員要直面隨時會變臉的太陽，萬一太陽一言不合就發怒了，他們腫么辦？

　　可怕的高能粒子

　　對航天員而言，面對瞬息萬變的太陽，最大的威脅要數太陽質子事件了。

　　什麼是太陽質子事件呢？當太陽風暴發生時會釋放出大量高能量的帶電粒子，它們最快十幾分鐘就可以到達地球，使地球周圍的高能帶電粒子數量增加數千倍，甚至上萬倍。由於在這些粒子中，質子佔了總粒子數的90%以上，因此被稱為太陽質子事件。

太陽質子事件

　　太陽質子事件的發生與太陽黑子關係密切。在太陽活動高年（黑子數較多的年份），太陽質子事件較頻繁；在太陽活動低谷年份，則可能一次也沒有；而在太陽活動峰年附近，太陽質子事件可達每年10多次。

　　與太陽黑子一樣，太陽質子事件的發生頻率也存在11年的變化周期，不過，就每次事件而言，其發生的時間、持續時間以及事件的強度則都是隨機的。這給預報工作造成了非常大的難度，而且，太陽爆發後，留給宇航員們的避難時間可能只有短短的十幾分鐘，所以，設置規避措施就變的尤為重要。

　　當高能粒子到達航天器，其產生的高能粒子流與地面放射性物質發出的射線一樣，具有致命的放射性。它們能夠穿透航天服和太空艙，引起航天員身體器官的物理損傷。

輻射形成自由基對DNA的破壞（左）高能粒子造成DNA的斷裂（右）

　　高能粒子主要通過兩種機制危害人體的細胞組織，一是直接造成生物活性大分子斷裂、脫落，導致直接損傷；二是與身體中大量的水分子發生作用，產生自由基，這些自由基進一步與生物分子發生化學反應，造成間接損傷。不過，最終的人體輻射效應危害非常複雜，其嚴重程度主要與所受到的輻射劑量大小有關。

　　在載人航天任務中，航天員接受的輻射劑量是需要受到嚴格的控制的。在低劑量輻照的情況下，高能粒子可能誘導人體細胞產生變異，變異細胞可以發生遺傳變化或導致癌變等嚴重後果；而高劑量的高能粒子輻射會引起皮膚、骨髓等器官的急性損傷（比如引起白內障），嚴重時甚至會危及生命。而太陽質子事件正是航天員在空間環境中面臨的最危險因素。

　　為了保障在軌航天員免受高能粒子輻射的嚴重影響，載人航天任務實施過程中採取了大量的輻射防護措施，包括對太陽質子事件進行監測預警，制定各種情況下飛行計劃與操作預案，在航天器中建造專門的輻射避難裝置等等，以使航天員受到的輻射儘可能地降低到安全程度。

　　國際空間站如何應對？

　　載人飛行對輻射危害防護的案例之一就是美國2003年的「萬聖節事件」。

　　2003年10月至11月份，太陽上爆發了一系列強烈的爆發活動，其猛烈程度極為罕見。

2003年10月的特大太陽質子事件發生時高能質子打在SOHO衛星的CCD上產生的白色斑點和線條

　　10月29日太陽質子事件的峰值流量達到29500 pfu（Partical Flux Unit，表示探測器每秒、每球面度、每平方厘米上探測到的粒子數），是GOES衛星（美國國家海洋和大氣管理局發射的靜止軌道環境業務衛星）自1976年觀測以來的第4大極值；同在這一天，地磁暴Ap指數（全球的全日地磁擾動強度指數）達到204，是1932年記錄以來的第9大極值。

　　從10月18日開始，到11月5日共19天的時間裡，日面上共爆發了11個X級的大耀斑，包括令「世人矚目」的超強耀斑——11月4日的X28級巨耀斑，它是GOES衛星自1976年以來觀測到的最大耀斑。

　　因這段時間正值萬聖節前後，因此這次太陽爆發被命名為「萬聖節太陽風暴」。

　　在萬聖節太陽風暴中：

2003年10月29日，SOHO衛星觀測到X10級耀斑

　　76顆通訊衛星中有46顆報告了異常，其中日本先進地球觀測衛星-2（ADEOS-2）完全失效；美國加州中部上空出現了罕見的極光；全球範圍內的通訊受到干擾，海事緊急呼叫系統癱瘓，珠峰探險隊通訊中斷；全球定位系統精度降低；瑞典5萬人的電力供應中斷。

2003年10月29日，「萬聖節事件」引發的極光。攝於Houston， Texas（緯度相當於我國重慶）

　　峰值流量達到29500pfu的太陽質子事件為國際空間站帶來了不小的麻煩，也對宇航員的安全構成了極大的威脅。

　　為防止輻射，在此次質子事件發生期間，美國國際空間站被迫關閉了價值十億美元的機械臂和飛船工作站。空間站內的工作人員臨時終止一切任務。

　　當空間站位於高輻射區域（高磁緯度）內時，工作人員被安頓在空間站尾部的防護艙中躲避。空間站前後6次經過高輻射區域，工作人員總計在防護艙中躲避了20分鐘。

Zvezda Service Module

　　該防護艙是由俄羅斯設計建造的Zvezda模塊，它的特殊設計使其對高水平輻射具有最大的屏蔽作用。

　　面對太陽爆發，宇航員可以腫么辦？

　　宇航員們的第一道屏障，無疑就是他們存身的航天器了，它為航天員時時提供必要的輻射防護。

　　在載人航天器中，又有哪些常用的方法來「武裝」航天器呢？

　　當遭遇到特大太陽質子事件時，僅依靠航天器本身的整體防護是遠遠不夠的。為降低潛在的特大太陽質子事件構成的輻射危險，實施航天員的個體防護是普遍的做法。

　　如在航天器艙內建造一個小的輻射應急屏蔽室。屏蔽室的質量厚度可以大一些，當發生特大的太陽質子事件時，航天員可以躲進屏蔽室內以降低接受的輻射劑量。例如前文提到的Zvezda防護艙，就是由超強聚乙烯材料做成的「磚塊」武裝著。

Zvezda內壁由聚乙烯「磚塊」防護，白色部分防護較弱，藍色部分防護較強

　　另一種方法是在艙壁內裝備上「水牆」。將裝滿水的水袋填充在艙壁內的六邊形框架中，保護艙內工作人員免受輻射的威脅。

由功能性水袋填充的艙壁

　　但是，無處不在的宇宙背景輻射和突然爆發的太陽活動仍會對宇航員的生命安全構成威脅。

　　對我國載人航天器設計來說，背景輻射的防護已不算新鮮，之前多次的短期太空飛行已經奠定了足夠的基礎。而考慮到這次航天員要在天宮二號進行中期駐留，除了為航天員配備筆記本電腦、平板電腦、跑步機之外，如何保護他們免於受到太陽突發事件的傷害就顯得尤為重要，相信設計師們也一定為他們做好了萬全的準備。

　　天宮二號作為低地球軌道航天器（約400km高度），其運行高度在地球磁層的範圍內，所以仍會受這道天然屏障的保護。

　　越靠近地球，高能粒子可以到達航天器的就越少。當可能遇到危險的太陽質子事件發生時，低軌航天器還可以變軌飛行，用降低軌道高度的方法有效地減小艙內劑量水平。不過當航天器運行到高緯度區域，磁場的屏蔽作用減小時，就需要及時躲避了。

　　另外，選擇合適的發射時間和出艙時間也可以規避可能的危險。太陽質子事件具有明顯的11年周期，在太陽活動低年發生概率減小。所以，可以通過選擇合適的時間降低遭遇太陽質子事件的可能性。（湯惟瑋）

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