神秘的高空輻射云

惠子

2013年，為了弄清楚來(lái)自太陽(yáng)風(fēng)和宇宙射線(xiàn)的輻射對(duì)飛行人員會(huì)有多大的影響，NASA開(kāi)啟了一個(gè)大的調(diào)查項(xiàng)目。研究者們將輻射傳感器安置在265架飛機(jī)上，這些飛機(jī)飛行的海拔高度能達(dá)17.3km，傳感器將時(shí)時(shí)記錄飛機(jī)在不同海拔和不同緯度所受到的宇宙輻射量。

這一項(xiàng)目持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)4年。2017年項(xiàng)目結(jié)束時(shí)，研究者們從這些測(cè)量?jī)x器里獲得了大量數(shù)據(jù)。研究表明，由于大氣更稀薄，更接近外太空，高空輻射確實(shí)比地面高很多。而且飛行時(shí)間越長(zhǎng)、飛行高度越高，來(lái)自宇宙射線(xiàn)的輻射劑量就越多。

這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合研究者的預(yù)期。因?yàn)榭茖W(xué)家們?cè)缇椭来畛孙w機(jī)受到的輻射劑量，取決于搭乘飛機(jī)的時(shí)間及地點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，要達(dá)到照一次X光胸片的劑量，在極地高空需要飛12.5個(gè)小時(shí)，中緯度是25個(gè)小時(shí)，赤道飛行則是100個(gè)小時(shí)。

然而，令科學(xué)家們沒(méi)有想到的是，這次研究探測(cè)的劑量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)以上標(biāo)準(zhǔn)，至少在6次高緯度地區(qū)的高海拔飛行中，輻射量會(huì)陡然增加到科學(xué)家們預(yù)計(jì)輻射量的2倍。

比如 2015年10月3日，一架飛機(jī)從智力南部起飛，向南飛行執(zhí)行南極冰架厚度測(cè)量的任務(wù)。在飛機(jī)飛過(guò)南極半島時(shí)，飛行高度始終保持在1萬(wàn)1千米，然而，當(dāng)經(jīng)過(guò)一個(gè)點(diǎn)時(shí)，傳感器記錄到了陡然增加2倍的電離輻射，持續(xù)時(shí)間達(dá)30分鐘。然而，這個(gè)時(shí)候，飛機(jī)沒(méi)有改變方向或者飛行高度，輻射環(huán)境為什么突然改變了呢？

不僅僅是NASA的這次研究發(fā)現(xiàn)了一些神秘的高空輻射點(diǎn)，韓國(guó)研究人員也發(fā)現(xiàn)了在韓國(guó)和朝鮮邊界上空，也出現(xiàn)了一些會(huì)讓輻射量陡然增加的點(diǎn)。研究者們將這些神秘的點(diǎn)稱(chēng)為“輻射云”。

神秘的高空輻射

研究表明，這些輻射云一般出現(xiàn)在南北緯度在50度以上的高緯度地區(qū)，海拔一般在16.76千米以上（平流層），當(dāng)飛機(jī)經(jīng)過(guò)這些輻射云時(shí)，接觸到的輻射會(huì)是其他相同維度和相同海拔高度地區(qū)的兩倍。那么，輻射云是如何形成的呢？

一般認(rèn)為，高空輻射的來(lái)源來(lái)自宇宙射線(xiàn)和太陽(yáng)風(fēng)，但出現(xiàn)這些輻射云的地區(qū)，并沒(méi)有出現(xiàn)異常的太陽(yáng)風(fēng)暴活動(dòng)以及遭到更強(qiáng)烈宇宙射線(xiàn)“轟擊”，所以，輻射云的放射性物質(zhì)一定來(lái)自別處。

負(fù)責(zé)這次調(diào)查的研究專(zhuān)家發(fā)現(xiàn)輻射云出現(xiàn)時(shí)，往往也會(huì)出現(xiàn)磁暴，這就提出了另一種解釋。我們知道，地球磁場(chǎng)是一個(gè)天然的磁捕集器，它能俘獲從外層空間入射的電子和質(zhì)子，形成一個(gè)帶電粒子區(qū)域，這一區(qū)域叫范艾侖輻射帶。

范艾侖輻射帶有兩層，內(nèi)層在地面上空800～4000千米處，外層在6000千米以上。一般，在范艾侖輻射帶中，帶電粒子圍繞地球磁場(chǎng)的磁感線(xiàn)做螺旋運(yùn)動(dòng)，而在靠近兩極處被反射回來(lái)。這樣，帶電粒子會(huì)在輻射帶中來(lái)回振蕩，直到因粒子間的碰撞而被逐到外太空為止。然而，當(dāng)出現(xiàn)地磁暴時(shí)，帶電粒子（質(zhì)子、電子）形成的電流會(huì)沖擊地球磁場(chǎng)，讓范艾侖輻射帶外層的高能電子逃逸到高層大氣中，與氮、氧原子和分子發(fā)生碰撞，形成次級(jí)宇宙射線(xiàn)。由宇宙中的輻射源（如恒星）直接發(fā)出的輻射是初級(jí)宇宙射線(xiàn)。次級(jí)宇宙射線(xiàn)是指由初級(jí)宇宙射線(xiàn)撞擊其他物體（如大氣）時(shí)發(fā)出的輻射。這種次級(jí)宇宙射線(xiàn)可能就是輻射云形成的原因。

應(yīng)對(duì)措施

不過(guò)，現(xiàn)在這種推測(cè)還未得到證實(shí)，即便如此，這個(gè)研究依舊影響深遠(yuǎn)。由于坐飛機(jī)是大多數(shù)人旅行的首選，這就意味著假如我們經(jīng)過(guò)這些輻射云時(shí)，會(huì)經(jīng)受更高的輻射量。比如，從倫敦到舊金山的10小時(shí)航班中，輻射量相當(dāng)于1次胸透，然而，這一旅程會(huì)有許多輻射云，一旦飛機(jī)穿過(guò)一個(gè)輻射云，就可能受到相當(dāng)于1次胸透的20分之一的輻射量，而如果沿途經(jīng)歷5個(gè)輻射云，一趟航程，你就可能多獲得相當(dāng)于一次胸透4分之一的輻射量。

雖然一次胸透的致癌風(fēng)險(xiǎn)僅有一百萬(wàn)分之一，對(duì)于我們普通人來(lái)說(shuō)，并不危險(xiǎn)。但是對(duì)于那些經(jīng)常乘坐飛機(jī)一族，比如飛行員、機(jī)務(wù)人員，以及一些懷胎不足三月的孕婦，這個(gè)輻射量依舊是非常危險(xiǎn)的。

幸好，如果放射云是粒子從地球磁場(chǎng)帶泄露的結(jié)果，那么衛(wèi)星數(shù)據(jù)和機(jī)載傳感器就能夠幫助我們確定天空中這些云所在的地方，在將來(lái)，就像會(huì)避開(kāi)火山云一樣，飛機(jī)可能會(huì)臨時(shí)更改航線(xiàn)，繞過(guò)這些輻射云。