研究揭示清除太空辐射新方法

　　 1962年7月9日，美国军方将一枚140万吨级的核弹发射到距离地面400公里的太空，当时他们以为轨道卫星已经安全脱离了爆炸的范围。但在这一被称为“海星一号”试验的几个月后，卫星开始一颗接一颗地消失，其中包括世界第一颗通信卫星Telstar。该试验的一个意想不到的后果是，放射性碎片释放出的高能电子被地球磁场捕获，把卫星上的电子设备和太阳能电池板烧坏。

　　如今，科学家正在试图设计一种应对方法。3个空间实验（一个正在轨道上，另两个在为2021年的发射做准备）旨在收集地球磁场在环绕地球的辐射带中捕获的高能电子的数据。这个过程被称为辐射带修复（RBR）。

　　科学家从美国宇航局的范·艾伦探测器中瞥见了一个潜在的解决方案，它深入研究了自然修复过程，展示了无线电波如何与高能电子共振，将它们沿磁力线散射并将它们扫出磁带区。“与10年前相比，我们对这些波粒子相互作用的工作原理了解得更多了。”洛斯·阿拉莫斯国家实验室空间物理学家杰夫·里夫斯说。

　　现在，研究人员准备尝试人工修复，将无线电波发射到辐射带中。科罗拉多大学博尔德分校大气与空间物理实验室主任、范·艾伦探测器首席研究员丹·贝克说，物理学家已经使用美国海军的甚低频（VLF）天线塔—— 一种用于与潜艇通信的强大设施进行了测试。阿拉斯加高频活动极光研究计划的天线和波多黎各阿雷西博天文台的巨型天线也可能被用来产生洁净的无线电波。

　　在更接近目标的轨道上运行的RBR平台可能更有效。2019年6月，美国空军发射了史上最大的无人驾驶太空飞行器：DSX偶极子天线。大小几乎相当于美式足球场的DSX的主要任务是将VLF波传输到范·艾伦带，并用机载探测器测量沉淀粒子。“这是一种探索空间物理学基本问题的新方式。”DSX首席研究员、空军研究实验室的詹姆斯·麦科洛说。

　　洛斯·阿拉莫斯国家实验室和美国宇航局戈达德太空飞行中心的一组科学家正带头进行第二次VLF波沉淀实验。2021年4月，该团队计划发射一枚携带束流等离子体相互作用实验的探空火箭。领导这项实验的里夫斯认为，紧凑型电子加速器最终可能成为比巨型VLF更好的“扫帚”。他说:“如果我们用这个实验来验证它，我们就有更大信心把它放大到更高功率。”

　　第三个实验将引导大气自身激起湍流，从而吸引电子。2021年夏天，美国海军研究实验室计划开展一项名为“火箭释放湍流空间测量”的任务。一枚探空火箭将飞入电离层并喷射出1.5千克钡原子。被阳光电离后，钡会形成一个发射无线电波的运动的等离子体环：本质上是一个磁控管的太空版本。

　　这些任务将有助于说明哪一种RBR系统最可行，尽管每一种系统可能都需要几年时间来运行。不管是什么技术，都可能带来风险。一次全面的太空清理可能会像太阳偶尔喷发引起的地磁风暴一样，向高层大气释放出大量能量，扰乱飞机导航和通信。它还会产生大量的氮氧化物和氢氧化物，这些物质会侵蚀平流层的臭氧层。“我们不知道这种影响会有多大。”爱荷华大学空间物理学家阿利森·杰恩斯说。

　　杰恩斯指出，除了防范核爆炸，RBR技术还可以带来民用收益。美国宇航局和其他太空机构长期以来一直在努力保护宇航员在往返太空途中不受范·艾伦辐射带和其他辐射源的影响。VLF发射器可用于在航天器进入危险区之前清除高能电子。“当我们成为更活跃的太空旅行者时，”杰恩斯说，“它可以提供一条通过辐射带的安全通道。”