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嫦娥六号登月要先保护自己:美国探测器的覆辙我们可以
发布时间:2024-12-23 10:36:39 | 版权所有:必一体育

  5月3日到6日,太阳连续发生三次X级超级耀斑爆发,喷出的日珥火焰比地球还大,每次释放的能量相当于几万亿个广岛同时爆炸,等离子气体风暴正在以每秒几百公里的速度从太阳吹向深空。

  面对这次太阳的“三连暴击”事件,不仅神舟十八号飞船和空间站会受到影响,刚刚出发的嫦娥六号探测器,也要遭受太阳风暴连续袭击的考验。那嫦娥六号该如何抵挡太阳风暴,我们又准备了哪些防御手段呢?

  5月3日下午嫦娥六号成功发射,但就在发射前几个小时,当天上午10点22分,太阳发生了一次X1.6级的强耀斑,对我国上空的电离层产生了直接影响,我国空间天气监测预警中心发布了耀斑提示。

  5月6日下午2点40分,太阳第三次耀斑爆发,这次强度明显超过了前两次,达到了X4.5级,是本轮太阳活跃周期以来第三强,仅次于今年1月1日早上5点55分X5.0级的大耀斑,以及2月23日早上6点34分的X6.3级大耀斑。

  但是前两次大耀斑的喷射方向都没有对准地球,而且都发生在日出时分,对我国影响很小;而5月6日这次耀斑爆发位置在太阳右上部分编号为AR3666的黑子群附近,而且发生我国的白天,让我国短波无线电通信受到了大量干扰。

  最要紧的是,这次耀斑爆发持续在X级通量的时间超过35分钟,持续时间之长,为历史罕见,日冕物质喷射方向虽然不是完全正对着地球,但是“溅射伤害”的覆盖范围很大,还是可能引发中等强度的地磁暴。

  历史会告诉我们答案:1989年3月13日,当时太阳也是爆发了一次X4.5级的耀斑,而且日冕喷射刚好擦过了地球,引发了一次超级地磁暴。

  当地凌晨2点44分,加拿大魁北克省的电网控制中心,所有仪器指示灯突然开始疯狂闪烁,不到90秒钟,整个电网完全崩溃,600万居民停电。

  与此同时,美国新泽西州的电网也严重损坏,德拉维尔河上的一座核电站的巨型变压器烧毁,就连一部分红绿灯都被烧坏,整体损失上亿美元。

  美国海洋和大气管理局(NOAA)的GOES-7气象卫星的太阳能电池板烧掉了一半,寿命减半;NASA的太阳极大期任务卫星(SMM)损失了3公里的轨道高度,并且在当年12月2日坠入大气层烧毁;日本通信卫星CS-3B的电路板也烧坏了。

  当时我们国家卫星数量还很少,所以影响比较小,但是三十多年过去了,现在我们不仅有很多卫星,还有空间站,有神舟十八的三位航天员,就必须非常注意太阳爆发的危害。

  2021年4月我国发射天和核心舱,开始建设空间站;同年10月我国发射第一颗太阳探测技术试验卫星羲和号,就是专门盯着太阳,一旦发生强烈耀斑,第一时间确定日冕物质抛射的方向,是不是对着地球;如果刚好对着地球,那就要立刻发出预警,让空间站和卫星做好防御准备。

  第一步是光辐射,爆发的能量首先以微波的形式,以光速到达地球大气层,造成电离层扰动,干扰甚至中断短波无线电信号。微波还会加热大气层,造成局部大气膨胀,低轨道卫星受到的大气阻力激增,从而坠落。刚才提到NASA的卫星提前坠毁,就是这个原因。

  2022年2月,马斯克公司有一批49颗星链卫星,发射的第二天就在210公里的轨道高度上遭遇了太阳风暴引起的局部大气膨胀,其中40颗迅速坠毁。

  第二步是核辐射,耀斑爆发会产生大量高能射线粒子,比如伽马射线,以每秒几万公里的速度,持续轰击地球,地面上的人受到地磁场和大气层的保护,但是空间站里面的航天员就可能会受到伤害,严重可能会造成DNA断裂、细胞死亡等等。

  虽然X级太阳耀斑相当于几千万个氢弹的能量,但跟宇宙中其他力量比起来,只不过是“温柔的蜡烛” 。

  4.4亿年前的奥陶纪生物大灭绝,可能原因就是一颗超新星爆发产生的伽马射线%的地球生物,是史上排名第二的大灭绝。

  第三步是日冕物质抛射,这是一股携带太阳磁场的等离子云团,一般以几百公里的时速,在耀斑爆发三到五天后抵达地球。

  如果太阳爆发没有对准地球的方向,那么倒不会有什么影响;但如果日冕物质抛射刚好对准地球方向,那麻烦就大了,这一大团等离子会严重挤压地球磁场,引起全球范围的磁场紊乱和感应电流,这就是地磁暴。

  也就是说,太阳耀斑爆发对人类的危害程度,主要看有没有日冕物质抛射,以及抛射的方向是不是对准了地球。如果刚好对准地球,引发大规模地磁暴,就是最糟糕的一种情况。

  地磁暴会在电路板、高压输电线、甚至电阻率比较高的土壤当中,都产生感应电流,烧坏变压器、集成电路,造成大范围停电和通信故障。

  当时人们甚至可以用肉眼看见太阳表面发生了两次白色的闪光,持续了五分钟;然后全球的电报机几乎都失灵了,甚至莫名其妙着火。

  在接下来的一星期,整个地球磁场都处于狂暴状态,就连古巴、夏威夷和中国南方都能看到壮丽的极光。现代科学家根据当时记录的数据,推算出那次太阳耀斑的强度达到了X50级。

  这就是著名的“卡灵顿事件”,不过那个时代的人们,生活中连电力都没普及,所以受到的损失比较少。

  但如果现在再发生一次,你想象一下,手机卡死、电脑宕机,电动汽车也抛锚了,人类社会可能会遭受惨重损失。

  这不是危言耸听,因为在2003年10月底,太阳又一次发生X28级的超级耀斑,修正观测数据后的峰值达到了X45级,为人类建立观测等级以来的最高记录。

  幸运的是那次日冕物质抛射没有正对地球,但是依然在太空造成了严重损失,欧美的一系列科研卫星都遭受不同程度损坏,全球GPS受到干扰甚至中断。伊拉克战场上的美英联军通信、导航都受到影响,部分作战行动推迟。

  当时NASA“奥德赛”火星探测器上的MARIE观测设备被强烈的射线烧毁,这是人类第一个因为太阳风暴灾害而损毁的深空探测器。

  电影《流浪地球2》里就有太阳风暴袭击月球基地的镜头,电影为了视觉刺激,制造了风暴吹起尘埃的效果,但真实的太阳风暴完全是肉眼看不见的,你只会发现电子设备冒出火花,然后烧坏。

  电影中的“笨笨”机器狗,拿起一块银色的金属箔膜,盖在了自己身上。其实这是一种MLI多层隔热材料,是聚酰亚胺和铝箔结合而来的。

  嫦娥六号探测器,外表面有一层金灿灿的衣服,这就是聚酰亚胺材料,它是一种金色的塑料,在航天器上使用非常多,因为它有三个很好的性能:

  一是机械强度高,做成复合薄膜,抗拉强度最高可以达到400MPa,强度是钢材的几倍,密度却只有几分之一;

  看来金色的果然都是好东西,聚酰亚胺材料,再镀上一层层的铝、银以及其他材料,就对可见光、红外线等各种电磁波都产生比较好的屏蔽效果,保持航天器的温度,抵抗宇宙中的辐射。

  三是软件纠错,我们给这些计算机的软件设计了一种主动定时刷新的程序,如果有宇宙射线产生干扰或者报错,可以自动纠错,绕开坏点。

  除了嫦娥六号依靠自己的金银外衣、软硬件来硬扛这一波太阳风暴,我们还建立了空间天气预报系统,不仅是给近地轨道上的中国空间站提供预警,未来也会扩展到月球空间、甚至火星轨道,给我们的深空探测器提供太空天气预报。

  今年是太阳活动的极大年,根据科学家测算,太阳风暴活动还将持续,在2024年底达到顶峰。另一方面也说明,我国航天科研人员也早就充分考虑到了今年太阳频繁爆发的情况,在设计上就做了很多防护措施。

  虽然我们尽可能做了准备,但是太空环境确实很恶劣,嫦娥六号面临的考验才刚刚开始,咱们也只能祝福它一路平安。咱们对中国航天充满信心,期待它顺利完成任务。

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