常坐飛機的人需要擔心宇宙射線的輻射嗎？
摘要
（圖片來源：http://thepointsguy.com/2015/05/missing-a-flight/)
「輻射」是讓人經常聞之色變的兩個字。這裡的輻射一般指的是電離輻射，包括了電磁波中波長相對較短、能量相對較高的γ射線、X射線和紫外線中波長較短的部分，以及α粒子、β粒子、中子等粒子。電離輻射由於能量較高，能夠使原子或者分子發生電離，而電離如果發生在生物體上就有可能造成傷害，因此電離輻射往往需要採取措施加以防範。
提到電離輻射，人們往往想到原子彈、核反應堆等強輻射源，但實際上電離輻射每時每刻都存在於我們身邊。大氣中的氡、土壤和岩石中的放射性元素等，都在不停地釋放出電離輻射，它們被稱為背景輻射。包括人類在內的所有生物都是在存在背景輻射的情況下進化而來，機體已經發展出一系列應對輻射的機制，加上背景輻射通常非常微弱，因此一般來說背景輻射談不上有什麼危害，我們不必擔心。
不過值得一提的是，背景輻射有一部分來自宇宙射線，即來自外太空的高能粒子。對於生活在低海拔地區的人來說，由於宇宙射線會與地球大氣層相互作用而被削弱，因此對我們的影響並不大，宇宙射線造成的輻射只佔到背景輻射的10%左右[1,2]。但隨著海拔增高，空氣變得稀薄，宇宙射線造成的影響也會更加顯著，在遠離地表的高空就更為明顯[2]。因此經常乘坐飛機的人以及飛行員和機組人員會受到更多來自宇宙射線的輻射。
背景輻射通常的構成情況。圖片來自參考文獻[1}
那麼常坐飛機的人、飛行員和機組人員是否需要擔心宇宙射線輻射造成的危害？
首先我們需要清楚由於高空飛行遭受的宇宙射線的輻射有多強。在評價輻射對生物體可能造成的危害時，我們通常使用劑量這個概念，即一定時間內被生物體吸收的輻射。簡單來說，飛行時間越長、飛行高度越高，來自宇宙射線的輻射劑量就越多。除此之外，在高緯度地區特別是兩極飛行時會比在低緯度地區同一高度飛行受到更多來自宇宙射線的輻射，這是因為宇宙射線會被地球磁場屏蔽，而這種屏蔽作用在赤道最強，兩極最弱。
根據這些因素，一些權威機構都給出了估算由於高空飛行所受到的輻射劑量的工具。例如美國聯邦航空管理局給出的一個工具可以詳細計算乘坐多次航班受到的輻射劑量 [3]。一般來說，每飛行1000英里（約1600公里），我們會由於宇宙射線而額外接受0. 01毫希的輻射劑量 [2]。作為對比，每年來自於背景輻射的輻射劑量大約是3毫希。對於飛行員和機組人員，一般認為每年在背景輻射之外額外會受到0.2-5毫希的輻射劑量[4]。根據這個估算，飛行員和機組人員每年額外受到的輻射劑量已經接近甚至超過核電站員工等由於職業需要必須接觸輻射源的從業者[5]。
不過即便如此，由於經常乘坐或者駕駛飛機而額外接受的輻射的劑量仍然是相當低的，也低於目前國際原子能機構設定的由於職業原因每年接受輻射的劑量限值（每年不超過20毫希）。這麼低的輻射劑量如果對人體有影響，主要的表現形式將會是癌症等疾病的發病率上升。因此我們可以用流行病學調查的方法來研究這些輻射對人的影響，即分別比較一下普通人和飛行員或者經常坐飛機的人，看看後者是否有某些疾病的發病率會明顯增加。
那麼這些流行病學調查的結論如何呢？雖然有的研究表明暴露在更強的宇宙射線輻射下確實能夠增加患某些疾病的風險，例如2005年一項流行病學調查就表明飛行員更高的白內障發病率與遭受更多的宇宙射線輻射相關[6]，但還有很多研究雖然發現飛行員和機組人員這個群體癌症等疾病的發病率確實高於普通人，卻並不能確定發病率的增加一定是來自於更多的宇宙射線輻射[7]。還有的研究則乾脆觀察不到這種風險的增加，例如在歐洲進行的一項研究表明，飛行員由於患癌症而死亡的比例反而低於對照組[8]。因此，關於宇宙射線對飛行員、機組人員、常坐飛機的人等群體健康的影響，目前的研究可以用三個字歸納：不清楚。
由於目前的實驗研究尚不能給出確切的結論，我們只能從理論上估算一下宇宙射線對健康的影響。目前世界各國在評估低劑量輻射帶來的風險並採取防護措施時，通常採用「線性無閾」模型，也就是說任何劑量的輻射都會對人體造成傷害，傷害的嚴重程度與輻射劑量呈簡單的正比關係。這個模型是否真的能準確描述低劑量輻射對健康的影響，實際上存在爭議，但由於使用起來比較方便，因此仍然被普遍接受。
根據這個模型，美國聯邦航空管理局給出了一個估算的例子：一位飛行員每年執行700個飛行時數的紐約至芝加哥的美國國內航班，25年下來，來自宇宙射線的輻射劑量約為68毫希，這會使得他由於癌症死亡的概率增加千分之三 [4]。而根據統計，在英美等國，癌症造成的死亡已經佔到總的死亡數的四分之一左右[9, 10]。也就是說，一個普通人本來就會有20-30%的概率死於癌症。由此可見，由於經常坐飛機而遭受的更多宇宙輻射對健康造成的損害，即便確實存在，也是微不足道的。實際上幾乎任何職業都存在對健康造成負面影響的風險因素，而在現有的安全標準下，輻射相關行業的從業者健康受到的損害並不比其他行業更加突出[11]。
綜上所述，經常坐飛機的人以及飛行員或者機組人員確實會由於宇宙射線的原因比普通人受到更多的輻射劑量，但這些更多的輻射對健康的負面影響即便有也是非常小的，因此我們不必為此過於擔心。
參考文獻
[1] http://www.world-nuclear.org/uploadedFiles/org/Features/Radiation/4_Background_Radiation(1).pdf
[4] 「What Aircrews Should Know About Their Occupational Exposure to Ionizing Radiation」, https://www.faa.gov/data_research/research/med_humanfacs/oamtechreports/2000s/media/0316.pdf
[6] Vilhjalmur Rafnsson, Eydis Olafsdottir, Jon Hrafnkelsson, Hiroshi Sasaki, Arsaell Arnarsson, Fridbert Jonasson, 「Cosmic Radiation Increases the Risk of Nuclear Cataract in Airline Pilots: A Population-Based Case-Control Study」, Archives of ophthalmology, 2005, 123, 1108
[7] Boice JD Jr, Blettner M, Auvinen A., 「Epidemiologic studies of pilots and aircrew」, Health Physics, 2000, 79, 576
[8] I. Langner, M. Blettner, M. Gundestrup, H. Storm, R. Aspholm, A. Auvinen, E. Pukkala, G. P. Hammer, H. Zeeb, J. Hrafnkelsson, V. Rafnsson, H. Tulinius, G. De Angelis, A. Verdecchia, T. Haldorsen, U. Tveten, H. Eliasch?, N. Hammar, A. Linnersj?, 「Cosmic radiation and cancer mortality among airline pilots: results from a European cohort study (ESCAPE)」, Radiation and Environmental Biophysics, 2004, 42, 247
[9] http://www.cdc.gov/nchs/data/nvsr/nvsr64/nvsr64_02.pdf
[11] http://www.physics.isu.edu/radinf/risk.htm
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