看不見的危險 —太空輻射對太空人的危害

 
2017/08/29 邱妍悅 | 國立清華大學中文系     656
 

一片無邊的黑暗,寧謐幽絕、美麗而神祕,這是許多人談起「太空」會聯想到的形象;然而,在這充滿魅力的太空中,存在著許多我們無法以肉眼察覺的危險:宇宙中的輻射影響著生物體的健康。地球外圍的磁層、電離層、臭氧層等天然屏障大幅降低了輻射對地表上生物的危害,但是在外太空執行任務的太空人卻沒有這些保護,時時刻刻都遭受輻射的威脅。

 
 

「宇宙射線」(cosmic rays)是源自於太陽表面爆發活動或太陽系外星體活動的高能帶電粒子,由電子以及含質子、氦核的帶電原子核組成,以接近光速之速度在太空中傳遞。「太陽風」(solar wind)則是太陽噴出電子、質子和帶電原子核等粒子,以高速衝向太陽系各處;太陽表層不定期的「日冕物質拋射」(coronal mass ejection, CME)也會釋出許多帶電粒子。

 

太空中除了帶電粒子之外,還有很多對生物有害的高能短波輻射,例如太陽光中的紫外線、X射線。而太陽表面有時會有猛烈的「太陽閃焰」(solar flare),同樣會釋出紫外線、X射線、伽瑪射線等大量輻射。

 

除了上述列舉常見的幾項,太空中還有很多其他輻射,而太空人受到的這些太空輻射會累積於體內,且在太空中待得越久,影響越大。粒子與射線的衝撞會損害太空人的細胞、造成DNA變異,提高罹癌的風險,例如紫外線會破壞多數生物體內的分子結構。輻射能穿透活體組織,短期或長期地傷害骨髓幹細胞,這會造成淋巴細胞的染色體異常;而淋巴細胞是免疫系統的中樞,若受傷害便會使身體裡原本受到抑制的病毒活化,加上淋巴細胞中的T細胞在太空中較不易正確地重新產生,即使重新產生也較難抵抗感染,如此,太空人抵禦疾病的能力將會降低,在航行系統的封閉空間中,也易加速組員間疾病的傳染。除此之外,輻射也有引起心血管疾病、衝擊肌肉骨骼的潛在可能,且可能提高太空人白內障罹患率。美國研究更顯示宇宙輻射易導致與中樞神經系統有關的神經性退化疾病,如阿茲海默症或帕金森氏症。

 

為了抵禦如此危險的太空輻射,太空衣是太空人離開太空艙時最重要的防護。太空衣的聚酯薄膜能過濾部分輻射、頭盔外層的黃金塗料可抵擋住紅外線和紫外線。但是太空衣過濾帶電粒子和輻射的程度仍然有限,若適逢太陽閃焰,大量的短波輻射會穿透太空衣,危害太空人生命安全;而高質量、高電荷粒子因質量與速度過高,甚至可以穿透太空船保護罩。

 

由上述輻射可能對太空人造成的種種健康危害、以及現有防護措施的限制可見,如何研發出能更有效保護太空人的產品,免於太空輻射的威脅,是保障其生命安全、連帶提升太空任務效率的一項重要工作。

(本文由科技部補助「雲端太空故事館-人造衛星」執行團隊撰稿)

 

責任編輯:張志立/國家太空中心、傅麗玉/國立清華大學

審校:品保組型管小組/國家太空中心

 

註:

1.日冕物質拋射是從太陽的日冕層突然噴發大量物質至日冕之上或進入行星際空間中,一般被認為是磁場結構大規模變動衍生的結果。

 

2.太陽閃焰是在太陽的盤面或邊緣觀測到的突發閃光現象,常伴隨日冕物質拋射出現。