一項(xiàng)新的研究表明，在火星表面深挖洞不僅可以防止有害輻射，還可能為未來(lái)在火星上生活的宇航員提供建筑材料。
在人類(lèi)突破地球大氣層并展開(kāi)火星探索之旅之前，科學(xué)家們必須評(píng)估在這顆紅色星球表面生活所面臨的諸多威脅。這包括傾瀉在火星上的大量宇宙輻射 —— 特別是銀河宇宙射線（GCR）的帶電高能粒子。
根據(jù)美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA）的介紹，銀河宇宙射線粒子“基本包含了現(xiàn)有的所有元素”。這些粒子起源于太陽(yáng)系之外，很可能是由劇烈的宇宙事件（如超新星爆發(fā)）釋放出來(lái)的。在遇上地球時(shí)，大部分粒子會(huì)被地球周?chē)拇艌?chǎng)（即磁層）反射回去。
大量接觸銀河宇宙射線粒子可能會(huì)導(dǎo)致人類(lèi)出現(xiàn)許多健康問(wèn)題，如癌癥、白內(nèi)障和中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷。由于火星缺乏類(lèi)似地球的全球性保護(hù)磁場(chǎng)，使得銀河宇宙射線粒子能夠自由地進(jìn)入火星大氣層，并到達(dá)火星表面。
在缺乏磁層的情況下，火星的大氣層是抵御銀河宇宙射線的唯一防線。然而，這道防線非常薄弱：這顆紅色星球的空氣密度平均只有地球海平面的 1%。當(dāng)銀河宇宙射線進(jìn)入主要由二氧化碳和氮組成的火星大氣層時(shí)，它們會(huì)由于電離而失去許多能量，這可能會(huì)阻止它們到達(dá)火星表面。研究作者發(fā)現(xiàn)，這一過(guò)程在很大程度上取決于大氣層的厚度，以及隨后施加到地表的大氣壓力。
和地球一樣，火星的地形變化很大。從奧林匹斯山的頂峰（約 26 公里高）到火星最深的撞擊盆地希臘平原（約 7.1 公里深），火星不同地區(qū)的大氣厚度有很大差別，到達(dá)火星表面的輻射量也有很大不同。研究人員寫(xiě)道，火星不同地區(qū)大氣厚度的差異可達(dá) 10 倍以上。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，銀河宇宙射線與大氣之間的相互作用還會(huì)產(chǎn)生另一種有害輻射，稱(chēng)為次級(jí)中子輻射。大氣的屏障作用越大，到達(dá)火星表面的次級(jí)中子輻射就越多。
研究人員使用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)模型“大氣輻射相互作用模擬器”（AtRIS），以及美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）好奇號(hào)火星車(chē)收集的輻射數(shù)據(jù)，來(lái)模擬銀河宇宙射線在火星表面的暴露情況，并測(cè)量這些粒子滲透到表面塵埃和巖石（風(fēng)化層）的深度。好奇號(hào)火星車(chē)于 2012 年登陸火星的蓋爾撞擊坑，其任務(wù)主要是探測(cè)火星氣候、地質(zhì)及水的存在，并探測(cè)蓋爾撞擊坑內(nèi)的環(huán)境是否曾經(jīng)能夠支持生命。
分析結(jié)果顯示，銀河宇宙射線的有效輻射劑量在火星風(fēng)化層 30 厘米厚度處達(dá)到峰值。研究人員還提出，要想在火星上安全居?。ǘx為年輻射暴露不超過(guò) 100 毫西弗）的話，需要 1 到 1.6 米的風(fēng)化層“護(hù)盾”。“在一個(gè)表面氣壓較高的深坑中，所需的額外風(fēng)化層護(hù)盾可以略薄一些，”研究作者寫(xiě)道。
了解火星物質(zhì)如何受到銀河宇宙射線的影響，以及火星大氣在改變輻射暴露方面所起的作用，是未來(lái)在火星上開(kāi)發(fā)定居基地的重要一步。“長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直認(rèn)為宇航員可以利用自然的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，如洞穴天窗或熔巖管作為火星上的輻射避難所?！痹撗芯康淖髡邔?xiě)道，“我們的研究表明，在設(shè)計(jì)未來(lái)火星居住地時(shí)，使用自然表面材料來(lái)進(jìn)行屏蔽保護(hù)，可能將有助于降低輻射風(fēng)險(xiǎn)?！边@項(xiàng)新研究發(fā)表在 2022 年 2 月份的《地球物理研究雜志：行星》（Journal of Geophysical Research： Planets）上。
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