隨著高科技技術的發展,人類在探索宇宙的道路上,已經邁出了長足的一步。由於越來越多的宇宙奧祕展現在人類的眼前,人類也赫然發現:原來那遙遠的世界,並不是像我們的眼睛所能看到的那樣。
月球伽瑪射線的輻射水準高於太陽
我們的眼睛能看見這個五彩斑斕的世界,但是我們的眼睛並不是萬能的,這個物質世界裡還有很多東西我們看不見。比如自然界的各種射線,以及人工發射的無線電波等等。如果我們能夠看到這些,世界在我們眼裡會是另一種模樣。
美國國家航空暨太空總署(NASA)的「費米伽瑪射線太空望遠鏡」(Fermi Gamma-ray Space Telescope),觀測到月球發出大量的伽瑪射線(Gamma Ray Burst,縮寫GRB),輻射水準竟然遠高於太陽。也就是說,如果我們的眼睛可以看到月亮的伽瑪射線,那麼月亮看上去會比太陽更亮,而且沒有陰晴圓缺的變化,一直都是一輪滿月。
費米望遠鏡是NASA用來幫助天體物理學家探索超大黑洞、脈衝星和觀測宇宙射線的。自2008年啟用以來,作為了解宇宙射線的方法之一,義大利國家核子物理研究所的兩位科學家馬瑞歐-尼可拉‧馬自歐塔(Mario Nicola Mazziotta)與法蘭西斯可‧洛帕可(Francesco Loparco)一直利用費米望遠鏡對月球發出的伽瑪射線進行研究。
宇宙射線是在宇宙中快速移動的帶電粒子流,主要由質子組成,由高能天文事件發出並加速,比如星體爆炸、活躍星系核(AGN)或黑洞吞噬天體產生的噴流等。由於宇宙射線是帶電的,遇到磁場將發生偏轉,因此地球的磁場幫助地球上的生物擋住了大部分的宇宙射線。
然而,月球沒有像地球一樣的磁場,因此宇宙射線就會直接撞擊月球表面,並與月球表面的塵土作用後形成伽瑪射線。即便很弱的宇宙射線,遇到月球也會產生伽瑪射線。
馬自歐塔和洛帕可在數年內彙集整理能量超過3,100萬電子伏特(eV)的伽瑪射線數據,發現月球伽瑪射線的能量是可見光的1,000多萬倍。「從這個能量水準的射線來看,月亮沒有月相的變化,一直是『滿月』。」洛帕可說。
▲費米伽瑪射線太空望遠鏡觀測到的過去十年閑月球發出的伽瑪射線圖像,隨時間越來越清晰。NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration
不過,宇宙射線、伽瑪射線、月球和太陽之間的相互作用很複雜。費米望遠鏡數據生成的圖像,針對的是能量略高於3,100萬電子伏特的伽瑪射線。在這個能量級別上,太陽因磁場的關係,不能如月球那樣產生類似能量的伽瑪射綫,因此月球要比太陽亮。
但由於伽瑪射線的能量範圍很廣,在能量達到數十億、甚至數萬億電子伏特的時候,高能宇宙射線就能穿過太陽的磁場,產生高能伽瑪射線。因此對於10億電子伏特以上級別的伽瑪射線來說,太陽就比月球亮。
伽瑪射線阻礙人類登月
研究者們通過對太陽11年活動週期的觀測發現,太陽的磁場也會發生變化,而影響撞擊月球的宇宙射線量也有浮動,因此月球產生的伽瑪射線也隨之變化,浮動量達到20%。
月球發出伽瑪射線,對人類的登月任務是一項阻礙。因為宇宙射線和伽瑪射線都是具有巨大穿透力以及電離能力的輻射(ionizing radiation),即便是低能伽瑪射線,如果暴露在其中的時間太長,對人體也是有害的。
當太空人登上月球,不僅要防禦來自宇宙空間的宇宙射線,還要防護月球發出的伽瑪射線。即使是在地球的低空軌道活動,也會暴露在超量輻射的風險中。在月球上工作的時間越長,接受的輻射達到身體可承受輻射上限的風險越大。因此,他們需要高原子數(原子核內質子數量)的材料作為防護層,比如鉛(原子數為82)。
人類一直夢想著有一天能夠移民月球,但研究者們關於伽瑪射線的發現,使得人類的月球移民計畫似乎又多了一個新的障礙。但科學家們通過費米望遠鏡蒐集的數據,可幫助人們了解月球上伽瑪射線和宇宙射線的風險,以及月球伽瑪射線的浮動週期,這將協助人類可以有意識地把太空活動安排在輻射較低的時期進行。或許,移民月球還不至於是一場白日夢。