“地球磁场“罩不住”月球？ 安全探月还需摸清太阳风动向”

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下图是美国航空航天局的供应图

随着天问一号的成功，中国火星探测的征程正式开始，引起了网民的热烈讨论，其中经久不衰的话题之一就是移民火星。 但是，除了地球之外，人类真正涉足的天体只有月球。
与火星相比，月亮似乎更触手可及。
近日，山东大学空间科学团队与国内外科研人员合作，发现月球暴露在太阳辐射下的新模式月球可能在满月期间脱离地球磁场的保护，面临高能太阳粒子的辐射风险。 相关论文刊登在《地球物理研究空间物理》上。
地球磁尾的波动是太阳风和地球磁性层相互作用产生的现象。 由于这种晃动会影响月球空之间的环境，这项研究将有助于我们了解长期进行登月作业时，可能会面临它们不同空之间的天气。 论文作者、山东大学空间科学物理学院教授史全岐对科技日报记者说，他认为地球磁性层偏转的现象发生在离地球最远的地方，但这次是首次发现在月球轨道上。
高能粒子影响月球探测活动
的满月，皓明如镜，人类岁月静好。 但是，由于太阳风不停地吹在行星间空之间，或者随着太阳的爆炸，没有大气层的月球表面远远不安静，受到了高能粒子的辐射。
这样的碰撞会对月球表面着陆产生那些影响呢？
对月球探测最危险的是高能粒子对设备材料和器件的影响。 史全岐说。 高能粒子的碰撞会对电子设备和卫星材料造成一定程度的损伤，导致设备噪声增加、传感器读取错误、太阳能电池板老化等。 绕月球轨道运行的卫星也受到带电粒子的影响，随着时间的经过而积累，设备有可能提前退役。 另外，如果人类长时间暴露在超过安全基准的射线量下，人体细胞会癌变。 因此，对在月球表面工作的宇航员来说，过量的辐射会影响健康，甚至危及生命。
迄今为止的研究表明，太阳风质子与月球土壤发生反应时，就会产生水。 这是因为了解太阳辐射对月球表面的作用规律，更好地了解水在月球表面的堆积位置和方法，供月球作业的日常消耗，成为航天器的燃料来源。
当月球向远离太阳的一侧公转时，地球的磁场会产生一定的保护作用。 研究人员发现，地球磁场在夜晚被长时间拉伸形成磁尾，偏转太阳风中的高能粒子，可以给月球的罩子加保护套。
也就是说，就像在月球公转周期的四分之三的时间里，太阳风的质子和电子等直接到达月球表面，暴风雨袭击了月球表面一样。 在剩下的四分之一的时间里，月球将进入地球磁保护伞的磁性层。
迄今为止的观测和模拟工作表明，由于地球磁性层的保护，在月球轨道上运行的宇宙飞船和在月球表面活动的宇航员在满月期间是比较安全的。
这样看来，只要空之间的天气像地球一样四季分明，人类在月球上的活动就有确切的安全期。 但史全岐小组的研究表明，事实并非如此，此前认为的安全期也可能存在较大风险。
保护伞因太阳风而晃动
年3月8日，行星间浪涌正射向月球，阿尔忒弥斯月球轨道探测器正在附近运行，所搭载的磁强计检测了空之间卫星位置的等离子体速度和磁场的大小和方向
研究人员发现，行星间激波通过后，太阳风大幅转向，磁性层在月球轨道上大幅偏转:磁尾像被风吹动的风向袋一样摇摆。
这样的摇晃会大大改变月球空之间的天气。 满月期间的月亮直接暴露在地球的磁鞘(加热压缩的太阳风)中。 此时，如果月球表面有探测活动，宇航员和基地设施没有得到比较有效的保护，即使有地球磁性层的保护，也有可能会受到太阳高能粒子的袭击。 就像暴风雨中，即使有人站在伞下，也会被雨淋湿一样。
山东大学史全岐小组与国家空间科学中心副研究员唐斌合作，在空间气象国家要点实验室开放课题的支持下，通过观测和模拟，找出月空间气象变化的原因
唐斌介绍说，模拟的好处之一是能够整体再现地月空之间的磁场和等离子体活动，克服了卫星只能观测一两点的极限。 另一方面，通过模拟，除了可以再现观测的情况外，还可以通过改变不同的输入条件，实验出哪些因素在许多复杂的因素中占主导地位，相当于可以进行许多数值实验。
在地球磁性层的偏转现象中，由于不知道是倾斜的浪涌还是倾斜的太阳风是主导性的运动，通过改变输入条件进行了多次模拟。 例如，在一次模拟中发现，行星间激波正面撞击地球，只使太阳风的方向发生突变，结果导致磁性层发生相同的偏转。 史全岐说，太阳风本身的转向可以促进地球磁场的偏转，这种偏转情况发生的频率可能比原来想象的要高。 因为满足偏转条件的太阳风出现的概率远远高于行星间激波出现的概率。
我们也用别的模型进行了结果的验证。 两种不同的全局磁流体模拟结果表明，月球位置处磁尾的偏转主要由太阳风控制，时间尺度约为30分钟。 史全岐先生表示。
如果新的现有月助空间天气预报
地球没有覆盖月球的现象能够有规律地遵循，则月空间天气有望预报、预警。
史全岐先生解释说，基础理论研究将根据数据的观测和数值模拟结果建立模型。 未来可以用接近太阳的卫星监视这个偏转。 一旦发生偏转现象，信号可以很快传递到地面，人们可以预测经过模型分析，到达月球后，将使磁性层偏转到什么程度。 如果偏转严重，可以提前几十分钟警告，关闭月球设施敏感设备，让宇航员马上撤离掩蔽设施。
我们期待着这一发现有助于将来改善月球辐射环境的动态模型，为月球的各种活动提供安全的缓冲期。 史全岐进一步表示。
空之间的天气预警预报类似于地球上的天气预报，但不是观测对象，空之间的天气需要跟踪太阳风、粒子风暴、行星间电磁场等因素对空之间的影响 史全岐表示，山东大学目前正在建立月球辐射探测实验室，除进一步分解我国嫦娥四号探测器返回的月球空之间的环境数据外，还将迅速发展自主探测手段，使相关空之间的气象活动规律更加明确 (记者张佳星)