為飛船建個(gè)磁場防御盾

游丹南

在經(jīng)典科幻美劇《星際迷航》中，企業(yè)號(hào)飛船遇到危險(xiǎn)時(shí)，不管遭遇到了輻射傷害還是隕石導(dǎo)彈，柯克船長都會(huì)大喊：“快啟動(dòng)防御盾！”此時(shí)，飛船周圍會(huì)出現(xiàn)一種橢球形的力場防御盾，來保護(hù)飛船和船員的安全。

力場防御盾仍是一個(gè)很難實(shí)現(xiàn)的科幻概念。不過，我們?nèi)祟愐朐诓贿h(yuǎn)的未來進(jìn)行長途太空航行，比如前往火星，那么就需要考慮如何減少來自太空輻射的傷害。

危險(xiǎn)的太空

太空看上去很空曠，但事實(shí)上那里存在很多高能粒子，部分來自于宇宙深空的宇宙射線，大部分來自于太陽風(fēng)。太陽風(fēng)是太陽產(chǎn)生的超高速等離子體流，大部分成分是等離子氫流。其中，等離子體通常被描述為除了固體、液體和氣體之外第四種物質(zhì)狀態(tài)。如果對物質(zhì)不斷加熱，就會(huì)從固體、液體、氣體，最后電子就能擺脫原子核，變成一團(tuán)由離子和自由電子組成的物質(zhì)。

太陽風(fēng)能以極高的速度傳播，如果其中的離子遇到飛船，它們就能穿過船體并損傷宇航員的DNA，可能導(dǎo)致輻射病甚至死亡。雖然原則上說，我們可以建艘很厚的飛船來保護(hù)宇航員，但這樣的飛船會(huì)變得十分龐大和沉重，不管是建造還是發(fā)射，都是一個(gè)大難題。

那該怎么解決呢？英國科學(xué)家露絲·班福德博士有了一個(gè)不錯(cuò)的辦法，她建議為飛船建造一個(gè)迷你磁層。

從某種程度上說，我們現(xiàn)在就安全地坐在一艘巨大的飛船上，這艘飛船就是地球。地球保護(hù)我們免遭太空輻射的辦法，是借助地球磁場。地球的磁場有效范圍能向外延伸數(shù)萬千米，形成一個(gè)包裹地球的磁場區(qū)域，這就是地球的磁層。地球的磁層在與太陽風(fēng)的相互作用下，捕獲了一些離子體，形成了一種穩(wěn)定的離子體層，包裹著地球。等離子體層的作用類似于墊子，可以抵御太陽風(fēng)的沖擊。所以，地球上的生命可以在磁層的保護(hù)下安然無恙。

模仿地球的磁層

班福德和同事在英國盧瑟?！ぐ⑵諣栴D實(shí)驗(yàn)室一直在研究如何給一艘飛船創(chuàng)建出自己的迷你磁層。這不僅僅需要讓飛船能在自己的周圍產(chǎn)生一個(gè)磁層，而且還需要能用自己生成的等離子體填入磁層中。與地球磁層的情況類似，太陽風(fēng)與飛船磁層的相互作用后，會(huì)有助于磁層的穩(wěn)定，還能補(bǔ)充一些等離子體，所以維持這個(gè)磁層所需的能量并不多。

其實(shí)，這種磁層類似于一種核聚變裝置。這種裝置叫做托卡馬克，核心結(jié)構(gòu)是一個(gè)環(huán)形的真空容器，外面纏繞著線圈。通電時(shí)，托卡馬克的內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生巨大的螺旋型磁場，將其中的等離子體加熱到很高的溫度，以達(dá)到核聚變的目的。有磁層的飛船，其實(shí)就像把托卡馬克進(jìn)行內(nèi)外翻轉(zhuǎn)，讓等離子體處在最外面，來保護(hù)里面的密封的船艙。事實(shí)上，班福德等人提出的一些設(shè)計(jì)方案，就把飛船設(shè)計(jì)成了與托卡馬克類似的環(huán)形結(jié)構(gòu)，艙體外面則被超導(dǎo)磁體包圍著。當(dāng)然，他們也提出了很多其他的方案，但目前的研究仍處于探討階段。

利用這個(gè)原理，我們還可以在其他星球上的太空基地建造迷你磁層，用來抵御宇宙射線的侵害。月球、火星和金星都缺乏一個(gè)類似地球的磁層，所以位于月球或火星表面上的基地，以及漂浮在金星大氣層中的基地，都可以用這種迷你磁層來屏蔽輻射。也許，一些未來的太空指揮官跟柯克船長一樣，也會(huì)大喊：“快啟動(dòng)防御盾！”endprint