2018-12-03 22:14:01
制定宇航员安全课程 因为NASA将发射到月球和火星

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在接下来的十年中,美国宇航局的目标是将人类引向月球和火星 - 这是太空旅行中的一个重要步骤。这样的旅程充满了挑战和危险,与第一批穿越大洋的探险者所面临的不同。然而,这些探险者不是在暴风雨的海洋中起航,而是在日光层的危害中起航 - 从太阳发出的磁环境包围着太阳系。穿越这个领域的风险最终取决于我们如何理解其中的动态。

华盛顿特区NASA总部的节目科学家Terry Onsager说:“为了到达火星,太空船和人类将沉浸在日光层中,并且必须与它抗争。”这个环境可能是一个严酷的环境,但是我们准备好了。“

为了安全地驾驶日光层,美国宇航局的科学家和任务已经将该地区绘制了数十年。最近的结果,从近地到远太阳系,正在帮助我们为未来的海外太空探险者设计一条安全的道路。

保持安全前往火星

当宇航员在地球周围留下保护性磁泡 - 磁层时,它们会暴露在太阳的破坏性高能粒子辐射下。这些太阳高能粒子不断从太阳表面流出,众所周知,它们可以达到可以破坏电子设备并损害太空生物组织的水平。

“周期性地,太阳表面的太阳爆发可以在高能粒子辐射环境中产生巨大的增加,当发生这种情况时,系统需要能够处理它,”Onsager说。

航天器正在设计有辐射强化设备和安全区域,以便宇航员在太阳风暴期间隐藏 - 这可能持续数小时到数天。除了这些保护性证券之外,拥有可靠的警报系统对于宇航员的安全至关重要。

美国国家航空航天局的太阳动力学天文台 -  SDO  - 已经对太阳持续守夜八年。它在可见光和紫外光下拍摄的图像使科学家们能够持续监测表面状况,并了解可能在下方发生的活动,准备出现。一旦在太阳表面看到火山喷发,宇航员通常可以在进入的辐射达到峰值水平之前提前约半小时的预警。虽然这为宇航员提供了一些时间采取行动,但最终需要改进空间天气预报以提供更高级的警告。

改善空间天气预报

预测太空天气 - 它携带的滚滚太阳风和太阳高能粒子 - 与地面天气预报没有什么不同。 它始于观察太阳 -  SDO和其他NASA太阳物理学任务全天候进行。 然后将关于太阳活动的数据输入基于物理的计算机模型,该模型对太阳爆发的概率进行统计预测。 这样,科学家就可以在发生此类事件时发出警告。

“预测太空天气现象,无论是在地球还是在太空深处,都非常非常复杂,”德国基尔大学的物理学家郭敬南说。 “我们必须考虑从太阳 - 地球距离的尺度 - 大约9300万英里,波浪和爆发的物质在太空中传播 - 到几米以下,在这个尺度上你可以看到粒子的湍流和运动学。”

截至目前,我们对日光层中复杂动态的理解是不完整的,使预测变得困难;最好的模型仍处于开发的早期阶段。模拟太空天气的科学家们依靠NASA的许多太阳物理学任务来改进他们的预测。

“如果您只进行单点观察,则很难建模甚至有时解释数据。如果您有多个点,那么您可以限制模型并确保基础理论能够重现该事件,”美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心的太空天气科学家莱拉梅斯说。

去年,美国宇航局多次执行任务,观测到强烈的太阳高能粒子事件。结果记录了火星和地球上地面上发现的第一个粒子事件,最近发表在“太空天气”杂志上。在这种情况下,高能粒子由日冕物质喷射驱动的强烈冲击加速 - 太阳表面上喷出的气体和高能粒子的猛烈爆炸 - 首先被发现,因为它们离开了太阳的SDO。科学家们使用地面仪器和模型来追踪物质在日光层中的移动方式,并测量它们到达地球和火星时的强度。

这种多点观测对于理解太阳射出的粒子如何穿过太阳系是至关重要的。这种关于辐射如何传播的知识最终有助于改善模型,为宇航员提供更高级的潜在危险空间天气事件预警。

“尽管这是我们在火星表面观测到的最大的太阳能高能粒子事件,但它对那里的宇航员来说不会有危险,”撰写该报的郭说。 “然而,更大的太阳高能粒子事件是可能的,这个事件有助于我们理解它可能是什么样子。”

科学家将继续利用地面仪器以及NASA的太空物理学太空船队来研究地球的空间天气,但未来的任务将提供新的观点。

“最终,需要更多数据,我们希望从Parker Solar Probe获得一些数据,因为它太靠近太阳,这些有害颗粒会加速到高能量,”梅斯说。 “我们假设这种加速方式如何进入模型,但帕克的测量结果确实有助于改善我们的理论。”

目前,好奇号探测器上的辐射评估探测器仪器一直在测量火星表面的高能辐射 - 这些数据正在帮助科学家了解人类在访问这颗红色行星时将会接触到多少辐射。自20世纪80年代以来,NASA和NOAA的联合地球静止作战环境卫星计划一直在测量当前宇航员的高能粒子测量。研究粒子辐射的仪器也将登上未来的航班和月球轨道平台 - 网关,即拟议的月球轨道前哨。

美国宇航局戈达德太空飞行中心的科学家Antti Pulkkinen说:“未来的深空人类探测车不仅能够保护机上人员,还能同时进行新的科学实验。” “他们将实现这一双重目的。”

这些测量将不仅仅受益于空间天气预报。他们还将帮助我们了解离家更近的事物 - 就像月亮一样。

月球新洞察力

毫无疑问,重返月球将为了解我们最近的太空邻居打开新的大门。毕竟,直到我们第一次踏上月球才能了解它的起源。今天我们仍然在发现新事物和美国宇航局的任务,如月球与太阳的相互作用的加速,重新连接,湍流和电动力学 -  ARTEMIS  - 正在揭示月球稀薄气氛的新见解。

事实上,月亮并非空气。它有一个薄的大气层 - 外层 - 主要由氢,氦,氖和氩组成,延伸到表面上方约一百英里。在外层的上边缘混合的是一个脆弱的短暂的次生层 - 电离层 - 由太阳光激发外层的原子。

爱荷华州爱荷华大学的ARTEMIS科学家Jasper Halekas说:“电离层的密度比地球电离层密度低百万倍,因此很难直接测量这些带电粒子。”月球的电离层。

使用新技术分析ARTEMIS的数据,Halekas和他的团队能够直接测量电离层。他们注意到电离层扩大了每个满月,并与地球的电离层相结合 - 意味着带电粒子很可能在两个物体的电离层之间来回传播。

“月亮的存在实际上可能会影响地球的磁层,”哈勒卡斯说。 “这实际上可能会扰乱当地的环境。”

对月球的新任务将允许从地表研究电离层和外层,使我们更好地了解这种耦合以及我们的大气如何与月球相关联。

新的结果也可能有助于我们更好地了解大气体如何创造和维持大气层。

“相同的技术可以应用于太阳系中的许多其他物体,这些物体应该像月亮一样具有脆弱的气氛,”Halekas说。 “这将包括:外行星周围的卫星,小行星带中的大型物体,柯伊伯带中的物体,甚至太阳系外的物体。”

自信地开始

很难预测人类前往月球和火星的航行所发现的发现,尽管它们肯定会无数。可以肯定的是,太阳物理学将帮助我们实现这一目标。研究太阳物理学和太空天气对于保护我们的宇航员和太空资产是非常宝贵的。而且,毫无疑问,这次穿越太阳系的旅程将帮助我们发现关于我们称之为家的日光层的新发现,使太空之路更加安全,为后代太空探险家提供服务。

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