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伽馬射線望遠鏡:月球其實比太陽更亮

費米伽馬射線太空望遠鏡觀測到的過去十年閑月球發出的伽馬射線圖像,隨時間越來越清晰。(NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration)

你知道嗎?如果人眼能看到伽瑪射線,那麼月亮其實比太陽更亮,而且沒有月相的變化,一直是滿月。

美國宇航局(NASA)的費米(Fermi)伽馬射線太空望遠鏡觀測到,月球發出大量伽瑪射線,輻射水平竟然遠高於太陽。費米望遠鏡自2008年啟用,幫助天體物理學家探索超大黑洞、脈衝星和宇宙射線。

作為了解宇宙射線的方法之一,意大利國家核物理研究所的Mario Nicola Mazziotta和Francesco Loparco從月球發出的伽瑪射線着手進行研究。

從宇宙射線到伽瑪射線

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宇宙射線。可是月球沒有這樣的磁場,宇宙射線撞擊月球表面,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馬射線,月球簡直像一個宇宙射線探測器。

Mazziotta和Loparco彙集整理數年內能量超過3100萬電子伏特(eV)的伽瑪射線數據。這個能量是可見光的1000多萬倍。

「從這個能量水平的射線來看,月亮沒有月相的變化,一直是『滿月』。」Loparco說。

複雜的相互作用

宇宙射線、伽瑪射線、月球和太陽之間的相互作用很複雜。上文提到的費米望遠鏡數據生成的圖像,針對的是能量略高於3100萬電子伏特的伽馬射線。太陽也有一個強大的磁場,當宇宙射線抵達太陽表面時一樣會發生偏轉,從而不能如月球那樣產生類似能量的伽馬射線。因此在這個能量級別上,月球比太陽亮。

但是伽馬射線的能量範圍很廣,也有很高能量的伽馬射線,可以達到數十億、甚至數萬億電子伏特。而高能宇宙射線就能繞過太陽的磁場,產生高能伽馬射線。因此對於10億電子伏特以上級別的伽馬射線來說,太陽就比月球亮。

研究者還發現,在太陽的11年活動周期中,磁場會發生變化,這會影響撞擊月球的宇宙射線量有些浮動,月球產生的伽馬射線也隨之浮動。

宇航員所需的防護

月球發出伽瑪射線對人類的登月任務是又一項障礙。這意味着宇航員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。

宇宙射線和伽瑪射線都是有巨大穿透力並具有電離能力的輻射(ionizing radiation),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)。

即便是低能伽瑪射線,如果暴露在其中的時間太長,對人體也有害。就像拍X光片,被拍照者偶爾才照幾次,因此無需防護措施;而拍照的技師每天都處在這樣的環境下,因此要到房間的外面,並穿上特殊的防護服工作。

對宇航員來說也是如此,在月球上工作的時間越長,已接受的輻射達到身體可承受輻射上限的風險越大,也就是說與防護層和暴露時長兩個因素都相關。

了解月球輻射的意義

輻射是人類進行太空旅行和太空活動的主要障礙之一。即便在地球的低空軌道活動,宇航員也暴露在超量輻射的風險中。

費米望遠鏡搜集的數據幫助科學家了解月球上伽馬射線和宇宙射線的風險,發現來自月球的伽瑪射線水平並不是恆定的。由於在太陽11年活動周期中,月球的伽瑪射線量有20%的浮動,因此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。◇

責任編輯: 夏雨荷   來源:大紀元 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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