人类飞往火星是否安全?国际研究小组得出结论,如果任务时长不超过四年,任务将是可行的。

科学家和工程师需要克服一系列技术和安全障碍才有可能将人类旅行者送往火星。
其中之一是来自太阳、遥远恒星和星系的粒子辐射带来的严重风险。
回答两个关键问题将大大有助于克服这一障碍:1.在往返红色星球的整个过程中,粒子辐射是否会对人类生命构成过于严重的威胁?2.火星任务的时机是否有助于保护宇航员和航天器免受辐射?
在同行评审期刊Space Weather发表的一篇新文章中,一个国际太空科学家团队,包括来自加州大学洛杉矶分校的研究人员,用“否”和“是”回答这两个问题。
也就是说,人类应该能够安全地往返火星,只要航天器有足够的屏蔽,并且往返时间短于大约四年。

人类火星任务的时间安排确实会有所不同:科学家们确定,离开地球的最佳飞行时间是太阳活动最活跃的时候,也就是所谓的太阳最大值。
科学家的计算表明,有可能保护飞往火星的航天器免受来自太阳的高能粒子的影响,因为在太阳活动最大化期间,来自遥远星系的最危险和最高能的粒子会被增强的太阳活动偏转。
加州大学洛杉矶分校研究地球物理学家、该论文的合著者尤里·什普里茨(Yuri Shprits)表示,前往火星的平均飞行时间约为9个月,因此根据发射时间和可用燃料,人类任务可能在不到两年的时间内到达火星并返回地球是合理的。
“这项研究表明,虽然空间辐射对航天器的重量和发射时间施加了严格的限制,并给人类火星任务带来了技术困难,但这样的任务是可行的,”Shprits说,他也是德国波茨坦GFZ地球科学研究中心的空间物理和空间天气负责人。
研究人员建议任务不超过四年,因为更长的旅程会使宇航员在往返期间暴露在危险的大量辐射中——即使假设他们去的时候比其他时间相对安全。

这种飞行的主要危险是来自太阳系外的粒子。
来自加州大学洛杉矶分校、麻省理工学院、莫斯科斯科尔科沃科学技术研究所和 GFZ Potsdam 的Shprits 及其同事将太阳周期的粒子辐射地球物理模型与辐射如何影响人类乘客的模型相结合——包括其对不同身体器官的不同影响——以及航天器。
该模型确定,用相对较厚的材料建造航天器外壳有助于保护宇航员免受辐射,但如果屏蔽层太厚,实际上会增加他们暴露在二次辐射中的量。
太空中危险辐射的两种主要类型是太阳高能粒子和银河宇宙射线;
每一个的强度取决于太阳活动。
Shprits说:“在太阳活动达到顶峰后的6到12个月内,银河宇宙线的活动是最低的,而太阳高能粒子的强度在太阳活动达到最大时是最大的。
”
如果任务成功,这将是人类首次从火星及其卫星采集样本并带回地球进行实验室分析。
该项目名为“火星卫星探测”(MMX)的任务,由日本宇宙航空研究开发机构主导,探测器预计将于2027年8月抵达火卫一。
科学家希望借助该项任务,解开火星两颗卫星的形成之谜。
英国自然历史博物馆教授萨拉·拉奎尔是MMX任务样本分析团队的副负责人。
她表示,此前还没有任何航天项目成功从火卫一采集样本并将其带回地球。
“我认为,这是一项极具野心且充满乐趣的任务。
” 太阳系内侧只有三颗天然卫星:地球的卫星月球,以及火星的两颗卫星:火卫一和火卫二。
火星卫星的体积都很小,火卫一的直径约为20公里,火卫二的直径约为10公里。
外形也不规则,看起来有些像太空土豆。
MMX探测器将先对火卫二进行观测,随后把重点转向火卫一。
任务团队计划先投放一辆小型探测车来勘察地形,但这并非易事。
拉奎尔解释说,此前人类从未在体积如此小的卫星上成功部署探测车。
“火卫一自身的引力非常微弱,它紧邻引力强大的火星,火星的引力会增加探测车着陆的难度。
”她解释说。
完成地形勘察后,MMX探测器将确定在火卫一上着陆的地点,再利用机械臂和两套采样装置进行取样。
这些样本将被装入一个小型太空舱,该太空舱预计于2031年返回地球,降落在澳大利亚南部的伍默拉沙漠。
此次任务计划带回的样本总量仅10克。
“样本量实际上很小。
”英国莱斯特大学研究人员克里萨·阿夫德利杜称,“但即使是只有一颗微粒,也足以开展多项研究。
科学家不需要带回数公斤的材料才能进行科学分析,因此取得的每一克样本都物有所值。
” 科学家希望,这些样本能够最终解开火星两颗卫星的起源之谜。
学界目前主要存在两种假说。
一种观点认为,在火星形成初期,一颗小行星或其他天体撞击了火星,撞击产生的碎片最终形成了火卫一和火卫二。
另一种观点则认为,这两颗卫星原本来自太阳系外围的游荡小行星,后来被火星的引力捕获。
“当我们拿到样本后,我们将详细分析其化学成分和矿物组成,再将假设对应的样本特征存在明显差异。
”拉奎尔并表示,“应该很快就能判断……哪一种假说更符合实际情况。
我们很快就会得出结论。
” 研究团队还期待,这次任务能够带来一个额外的惊喜:样本中可能包含来自火星本身的物质。
“令人感到十分兴奋的是,火卫一距离火星表面非常近,当其他天体撞击火星时,撞击产生的部分微小颗粒可能会飞溅出来,并随着落在火卫一上。
”拉奎尔指出,“这意味着探测器采集的样本中可能不仅有火卫一自身的物质,还包含来自火星的颗粒。
这将为研究火星的物质组成和演化历史提供直接证据。
” 将火星物质带回地球,一直是行星科学领域的重要目标。
美国国家航空航天局(NASA)的“毅力号”火星车自2021年以来一直在火星表面开展探测,并将采集到的样本封存在专用容器中。
然而,由于美国会停止拨款,原计划由美国国家航空航天局和欧洲航天局联合实施的火星样本取回任务最终被取消。
与此同时,中国也正计划开展火星采样返回任务,航天器预计于2028年发射,力争在2031年将火星样本带回地球。
事实上,地球上已经存在一些来自火星的物质,它们以火星陨石的形式留存下来。
这些陨石原本属于火星,在小行星等天体撞击火星时被抛射到太空,随后飞向地球。
不过,火星陨石十分稀少,而且一旦抵达地球,就会受到地球环境的污染,与空气、尘埃、土壤和水发生接触。
因此科学家非常希望能获取到直接从火星及其卫星表面采集的样本,因为这些样本可以最大限度地保留其原始状态。
(本文来自张朝阳的英语课,更多国际新闻,欢迎关注搜狐视频关注流张朝阳的英语课)
该探测器将对火星的卫星“火卫一”进行详细观测,并采样返回地球。
探测器将用约一年时间飞抵火星附近,进入环绕火星的“准卫星轨道”。
在环绕火星运行期间,探测器将对“火卫一”进行详细观测,调查“火卫一”上几十个地点的地形、化学组成等,并确定在“火卫一”上着陆的地点。
此后,探测器将尝试在“火卫一”着陆并采集10克以上的卫星表面砂子和岩石样本。
按计划,探测器将于2030年开始返程,并于2031年带着样本回到地球。
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