美国宇航局将开展一项研究太空辐射如何影响月球居民的任务
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研究表明,高能粒子撞击月壤并产生二次辐射后,月球表面的辐射会在近地面处增强。

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这种行为将改变人类重返地面后,如何管理暴露风险、设备耐用性和日常工作。

这一发现源于对月球表面辐射如何与裸露地面直接相互作用的测量。

约翰·霍普金斯大学应用物理实验室 ( APL )的德鲁·特纳通过捕获来自深空的初级粒子和撞击壤后释放的次级辐射,记录了这种相互作用。

这些成对的信号表明,辐射暴露不仅受来自太空的辐射影响,还受地表状况影响,这缩小了人们对屏蔽和安全工作区域的假设。

这种认识的局限性使得我们需要研究热量、地形和地下结构如何进一步影响宇航员可以在何处以及如何安全作业。

月球上的辐射

为了捕捉太空辐射在地面上的行为,SELINE(一种用于测量月球表面辐射的仪器)被直接放置在月球上,以记录附近入射的带电粒子和中子。

来自太阳系外的高能粒子——银河宇宙射线——可以撞击月球土壤,并在附近产生第二波射线。

这些中子携带着有关月壤(月球上围绕着陆点的松散的碎石和尘埃层)的线索。

结果应该有助于工程师选择材料和暴露规则,但他们仍然需要在不同的地点进行重复测量。

当粒子击中人体时

一旦宇航员离开地球磁场和浓厚的空气,前往阿尔忒弥斯地面执行任务,辐射防护计划就会变得与个人息息相关。

快速粒子可以破坏细胞中的DNA,而身体可能会做出反应,产生突变,从而增加日后患癌的风险。

辐射也会使存储器中的位翻转或传感器性能下降,从而影响电子设备,因此可靠的读数可以指导硬件设计。

由于月球缺乏全球磁场屏蔽,SELINE 数据可以决定宇航员在哪里储存补给以及在哪里工作。

安全着陆热图

热成像图可以帮助工作人员和机器人避免麻烦,它能显示哪些表面在月球的一天中升温很快,哪些表面保持低温。

EMILIA-3D 是一种成像仪器,它将红外温度读数与成对的可见光视图相结合,将地表热模式转换为 3D 地形模型。

这些模型可以揭示对牵引力、太阳能和视线链路至关重要的斜坡、岩石和阴影边缘。

温度读数会随当地时间和季节而变化,因此规划者必须将地图视为快照,而不是固定不变的真理。

尘埃温度揭示了什么

月尘的性质会因颗粒大小和堆积方式的不同而有所差异,这种差异会体现在其冷却速度上。

土壤松软的地面保温性差,而岩石较多的地面日落后温度较高,冷却速度也较慢。

将这些图案与立体图像进行匹配,可以精确定位到车轮下可能下沉或着陆时可能扬起的表土层位置。

更精确的地图可以减少导航的不确定性,但并不能取代宇航员和探测车进行现场检查的必要性。

钻探月球获取热量

一个埋在月球表面以下几英尺的地下热探测器,用于记录热量如何穿过埋藏的物质。

该仪器名为LISTER,它会在设定的深度暂停,以跟踪热量通过压实的月壤向上传播时的温度变化。

这些读数使科学家能够将月球早期形成时遗留的热量与阳光引起的表面升温区分开来。

由于钻探器在之前的飞行中只到达了较浅的深度,因此还需要将测量结果与更广泛的模型结合起来,才能描述月球内部结构。

解读月球内部结构

热流就像一个世界的时间戳,因为温度较高的内部区域会保持更长时间的活跃状态,冷却速度也会更慢。

只有少数几个地点拥有直接的热流读数,因此科学家们对于月球失去原始热量的速度仍然存在分歧。

如果 SELINE 和 EMILIA-3D 描述了月球表面状况,那么 LISTER 则对月球地壳的形成方式提出了更深入的约束。

这种内部情况对未来的钻探很重要,因为寒冷的岩石和薄弱的岩层会改变锚、电缆和防护罩的性能。

从行业购买乘车服务

NASA 不再自行建造所有着陆器,而是开始与私营公司签订合同,以服务的形式向月球运送科学仪器。

这些合同涵盖了有效载荷集成、任务操作、发射和着陆,从而分散了风险,使 NASA 能够购买更多飞行任务。

“通过商业月球有效载荷服务 (CLPS),NASA 正在采取一种新的月球科学方法,”NASA 华盛顿总部科学任务理事会探索副助理局长乔尔·科恩斯 (Joel Kearns) 说。

这种商业模式可以加快测试速度,但也意味着每个有效载荷都必须符合严格的质量、功率和进度限制。

月球上的人类与辐射

这些调查不需要选定的着陆点,因为它们测量的是月球大部分区域发生的各种过程。

NASA 会将这些仪器安排到未来的 CLPS 任务订单中,这样就可以将硬件需求与可用的着陆器相匹配。

与发射地点无关的有效载荷还可以减轻对单一目的地的压力,因此即使一项任务延误,科学研究也能继续进行。

不过,绘制许多地点的空间辐射和热量图仍需数年时间,因为当地的岩石和地形可能会改变条件。

通过将辐射计数与地表热图和地下探测器相结合,NASA 可以规划出风险可控的工作区域。

下一步是将有效载荷送入飞行器,然后将有效载荷的数据转化为现场工作人员可以实际遵循的规则。

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