随着高科技技术的发展,人类在探索宇宙的道路上,已经迈出了长足的一步。由于越来越多的宇宙奥秘展现在人类的眼前,人类也赫然发现:原来那遥远的世界,并不是像我们的眼睛所能看到的那样。
月球伽玛射线的辐射水平高于太阳
我们的眼睛能看见这个五彩斑斓的世界,但是我们的眼睛并不是万能的,这个物质世界里还有很多东西我们看不见。比如自然界的各种射线,以及人工发射的无线电波等等。如果我们能够看到这些,世界在我们眼里会是另一种模样。
美国国家航空暨太空总署(NASA)的「费米伽玛射线太空望远镜」(Fermi Gamma-ray Space Telescope),观测到月球发出大量的伽玛射线(Gamma Ray Burst,缩写GRB),辐射水平竟然远高于太阳。也就是说,如果我们的眼睛可以看到月亮的伽玛射线,那么月亮看上去会比太阳更亮,而且没有阴晴圆缺的变化,一直都是一轮满月。
费米望远镜是NASA用来帮助天体物理学家探索超大黑洞、脉冲星和观测宇宙射线的。自2008年启用以来,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两位科学家马瑞欧-尼可拉‧马自欧塔(Mario Nicola Mazziotta)与弗朗西斯可‧洛帕可(Francesco Loparco)一直利用费米望远镜对月球发出的伽玛射线进行研究。
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的宇宙射线。
然而,月球没有像地球一样的磁场,因此宇宙射线就会直接撞击月球表面,并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玛射线。
马自欧塔和洛帕可在数年内汇集整理能量超过3,100万电子伏特(eV)的伽玛射线数据,发现月球伽玛射线的能量是可见光的1,000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』。」洛帕可说。
▲费米伽玛射线太空望远镜观测到的过去十年闲月球发出的伽玛射线图像,随时间越来越清晰。NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration
不过,宇宙射线、伽玛射线、月球和太阳之间的相互作用很复杂。费米望远镜数据生成的图像,针对的是能量略高于3,100万电子伏特的伽玛射线。在这个能量级别上,太阳因磁场的关系,不能如月球那样产生类似能量的伽玛射线,因此月球要比太阳亮。
但由于伽玛射线的能量范围很广,在能量达到数十亿、甚至数万亿电子伏特的时候,高能宇宙射线就能穿过太阳的磁场,产生高能伽玛射线。因此对于10亿电子伏特以上级别的伽玛射线来说,太阳就比月球亮。
伽玛射线阻碍人类登月
研究者们通过对太阳11年活动周期的观测发现,太阳的磁场也会发生变化,而影响撞击月球的宇宙射线量也有浮动,因此月球产生的伽玛射线也随之变化,浮动量达到20%。
月球发出伽玛射线,对人类的登月任务是一项阻碍。因为宇宙射线和伽玛射线都是具有巨大穿透力以及电离能力的辐射(ionizing radiation),即便是低能伽玛射线,如果暴露在其中的时间太长,对人体也是有害的。
当航天员登上月球,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。即使是在地球的低空轨道活动,也会暴露在超量辐射的风险中。在月球上工作的时间越长,接受的辐射达到身体可承受辐射上限的风险越大。因此,他们需要高原子数(原子核内质子数量)的材料作为防护层,比如铅(原子数为82)。
人类一直梦想着有一天能够移民月球,但研究者们关于伽玛射线的发现,使得人类的月球移民计划似乎又多了一个新的障碍。但科学家们通过费米望远镜搜集的数据,可帮助人们了解月球上伽玛射线和宇宙射线的风险,以及月球伽玛射线的浮动周期,这将协助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。或许,移民月球还不至于是一场白日梦。