研究揭示清除太空輻射新方法

　　 1962年7月9日，美國軍方將一枚140萬噸級的核彈發射到距離地面400公里的太空，當時他們以為軌道衛星已經安全脫離了爆炸的范圍。但在這一被稱為“海星一號”試驗的幾個月后，衛星開始一顆接一顆地消失，其中包括世界第一顆通信衛星Telstar。該試驗的一個意想不到的后果是，放射性碎片釋放出的高能電子被地球磁場捕獲，把衛星上的電子設備和太陽能電池板燒壞。

　　如今，科學家正在試圖設計一種應對方法。3個空間實驗（一個正在軌道上，另兩個在為2021年的發射做準備）旨在收集地球磁場在環繞地球的輻射帶中捕獲的高能電子的數據。這個過程被稱為輻射帶修復（RBR）。

　　科學家從美國宇航局的范·艾倫探測器中瞥見了一個潛在的解決方案，它深入研究了自然修復過程，展示了無線電波如何與高能電子共振，將它們沿磁力線散射并將它們掃出磁帶區。“與10年前相比，我們對這些波粒子相互作用的工作原理了解得更多了。”洛斯·阿拉莫斯國家實驗室空間物理學家杰夫·里夫斯說。

　　現在，研究人員準備嘗試人工修復，將無線電波發射到輻射帶中。科羅拉多大學博爾德分校大氣與空間物理實驗室主任、范·艾倫探測器首席研究員丹·貝克說，物理學家已經使用美國海軍的甚低頻（VLF）天線塔—— 一種用于與潛艇通信的強大設施進行了測試。阿拉斯加高頻活動極光研究計劃的天線和波多黎各阿雷西博天文臺的巨型天線也可能被用來產生潔凈的無線電波。

　　在更接近目標的軌道上運行的RBR平臺可能更有效。2019年6月，美國空軍發射了史上最大的無人駕駛太空飛行器：DSX偶極子天線。大小幾乎相當于美式足球場的DSX的主要任務是將VLF波傳輸到范·艾倫帶，并用機載探測器測量沉淀粒子。“這是一種探索空間物理學基本問題的新方式。”DSX首席研究員、空軍研究實驗室的詹姆斯·麥科洛說。

　　洛斯·阿拉莫斯國家實驗室和美國宇航局戈達德太空飛行中心的一組科學家正帶頭進行第二次VLF波沉淀實驗。2021年4月，該團隊計劃發射一枚攜帶束流等離子體相互作用實驗的探空火箭。領導這項實驗的里夫斯認為，緊湊型電子加速器最終可能成為比巨型VLF更好的“掃帚”。他說:“如果我們用這個實驗來驗證它，我們就有更大信心把它放大到更高功率。”

　　第三個實驗將引導大氣自身激起湍流，從而吸引電子。2021年夏天，美國海軍研究實驗室計劃開展一項名為“火箭釋放湍流空間測量”的任務。一枚探空火箭將飛入電離層并噴射出1.5千克鋇原子。被陽光電離后，鋇會形成一個發射無線電波的運動的等離子體環：本質上是一個磁控管的太空版本。

　　這些任務將有助于說明哪一種RBR系統最可行，盡管每一種系統可能都需要幾年時間來運行。不管是什么技術，都可能帶來風險。一次全面的太空清理可能會像太陽偶爾噴發引起的地磁風暴一樣，向高層大氣釋放出大量能量，擾亂飛機導航和通信。它還會產生大量的氮氧化物和氫氧化物，這些物質會侵蝕平流層的臭氧層。“我們不知道這種影響會有多大。”愛荷華大學空間物理學家阿利森·杰恩斯說。

　　杰恩斯指出，除了防范核爆炸，RBR技術還可以帶來民用收益。美國宇航局和其他太空機構長期以來一直在努力保護宇航員在往返太空途中不受范·艾倫輻射帶和其他輻射源的影響。VLF發射器可用于在航天器進入危險區之前清除高能電子。“當我們成為更活躍的太空旅行者時，”杰恩斯說，“它可以提供一條通過輻射帶的安全通道。”