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伽马射线望远镜:月球其实比太阳更亮

2019年8月23日7:00 环球解密

    你知道吗?如果人眼能看到伽玛射线,那么月亮其实比太阳更亮,而且没有月相的变化,一直是满月。


    费米伽马射线太空望远镜观测到的过去十年闲月球发出的伽马射线图像,随时间越来越清晰。

    美国宇航局(NASA)的费米(Fermi)伽马射线太空望远镜观测到,月球发出大量伽玛射线,辐射水平竟然远高于太阳。费米望远镜自2008年启用,帮助天体物理学家探索超大黑洞、脉冲星和宇宙射线。

    作为了解宇宙射线的方法之一,意大利国家核物理研究所的Mario Nicola Mazziotta和Francesco Loparco从月球发出的伽玛射线着手进行研究。

    从宇宙射线到伽玛射线

    宇宙射线是在宇宙中快速移动的带电粒子流,主要由质子组成,由高能天文事件发出并加速,比如星体爆炸、活跃星系核(AGN)、或黑洞吞噬天体产生的喷流等。

    由于宇宙射线是带电的,遇到磁场将发生偏转,因此地球的磁场帮助地球上的生物挡住了大部分宇宙射线。可是月球没有这样的磁场,宇宙射线撞击月球表面,与月球表面的尘土作用后形成伽玛射线。

    即便很弱的宇宙射线,遇到月球也会产生伽马射线,月球简直像一个宇宙射线探测器。

    Mazziotta和Loparco汇集整理数年内能量超过3100万电子伏特(eV)的伽玛射线数据。这个能量是可见光的1000多万倍。

    “从这个能量水平的射线来看,月亮没有月相的变化,一直是‘满月’。”Loparco说。

    复杂的相互作用

    宇宙射线、伽玛射线、月球和太阳之间的相互作用很复杂。上文提到的费米望远镜数据生成的图像,针对的是能量略高于3100万电子伏特的伽马射线。太阳也有一个强大的磁场,当宇宙射线抵达太阳表面时一样会发生偏转,从而不能如月球那样产生类似能量的伽马射线。因此在这个能量级别上,月球比太阳亮。

    但是伽马射线的能量范围很广,也有很高能量的伽马射线,可以达到数十亿、甚至数万亿电子伏特。而高能宇宙射线就能绕过太阳的磁场,产生高能伽马射线。因此对于10亿电子伏特以上级别的伽马射线来说,太阳就比月球亮。

    研究者还发现,在太阳的11年活动周期中,磁场会发生变化,这会影响撞击月球的宇宙射线量有些浮动,月球产生的伽马射线也随之浮动。

    宇航员所需的防护

    月球发出伽玛射线对人类的登月任务是又一项障碍。这意味着宇航员不仅要防御来自宇宙空间的宇宙射线,还要防护月球发出的伽玛射线。

    宇宙射线和伽玛射线都是有巨大穿透力并具有电离能力的辐射(ionizing radiation),需要高原子数(原子核内质子数量)的材料作为防护层,比如铅(原子数为82)。

    即便是低能伽玛射线,如果暴露在其中的时间太长,对人体也有害。就像拍X光片,被拍照者偶尔才照几次,因此无需防护措施;而拍照的技师每天都处在这样的环境下,因此要到房间的外面,并穿上特殊的防护服工作。

    对宇航员来说也是如此,在月球上工作的时间越长,已接受的辐射达到身体可承受辐射上限的风险越大,也就是说与防护层和暴露时长两个因素都相关。

    了解月球辐射的意义

    辐射是人类进行太空旅行和太空活动的主要障碍之一。即便在地球的低空轨道活动,宇航员也暴露在超量辐射的风险中。

    费米望远镜搜集的数据帮助科学家了解月球上伽马射线和宇宙射线的风险,发现来自月球的伽玛射线水平并不是恒定的。由于在太阳11年活动周期中,月球的伽玛射线量有20%的浮动,因此人类可以有意识地把太空活动安排在辐射较低的时期进行。

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