太空旅行和宇宙辐射
林家辉
2022年7月
随著科技发展，商业太空旅行不再是遥不可及的事。也许有一天，你我都有机会成为太空人。在闯进太空之前， 先让我们了解一下宇宙辐射对太空人的影响。
在地面上， 地球的磁场和大气层保护我们，免受太阳粒子或其他来自遥远超新星的高能量粒子（下称：宇宙辐射）直接照射。随著太空船升空，大气层愈来愈稀薄，地球磁场逐渐减弱，太空人便须依靠太空船的辐射防护物料保护。然而，在重量和燃料限制下，太空船没有办法安装大量的辐射防护物料，例如高密度金属铅。再者，面对太空高能辐射，铅防护层都只能有限度地减弱辐射，无法完全隔绝，因此太空舱内的辐射水平会比地球表面高出数倍至数十倍。另外，在太空舱外进行太空漫步的时候，基于灵活度的考虑，太空衣的辐射防护物会较少，太空人会进一步承受更多的辐射量。
在六七十年代， 阿波罗任务的总任务时间、月球表面任务时间以及太空人的平均辐射剂量均被美国太空总署记录（详见表一）[1]。从六次成功登陆月球的公开数据可见，一个太空人执行十日太空任务和五十小时月球表面任务的辐射剂量平均是5.4毫希，毫希是有效辐射剂量的单位，用作评估辐射对人体的影响。值得注意的是太空人在不同任务所承受到的辐射剂量都不一样。以阿波罗十四为例，虽然月球表面任务时间不是最长，但任务中太空人的平均辐射剂量尤高，达到11.4毫希。阿波罗登月任务的辐射剂量仍未算最高，表二列出其他太空任务的辐射剂量，当中在天空实验室四号逗留八十七日的太空人的辐射剂量，较阿波罗十四太空人的辐射剂量高出十五倍。
虽然宇宙辐射对人体影响的研究数据不多，但宇宙辐射比普遍人工产生的辐射穿透力更强，对人体的影响可能更大。因此科学家需要继续努力研究更多方法去保护太空人的安全。
任务
总任务时间
月球表面任务时间
平均辐射剂量
阿波罗 十一
08日03小时 13分钟
21小时 38分钟
1.8毫希
阿波罗 十二
10日04小时 31分钟
31小时 31分钟
5.8毫希
阿波罗 十四
09日01分钟
33小时 31分钟
11.4毫希
阿波罗 十五
10日01小时 11分钟
66小时 54分钟
3.0毫希
阿波罗 十六
11日01小时 51分钟
71小时 02分钟
5.1毫希
阿波罗 十七
12日13小时 51分钟
74小时 59分钟
5.5毫希
平均值
10日4小时06分钟
49小时56分钟
5.4毫希
表一
任务
任务细节
辐射剂量
太空穿梭机41-C
在地球上方460 公里环绕8 日
5.59毫希
天空实验室 四号
在地球上方473 公里环绕87 日
178毫希
国际太空站
在地球上方353 公里环绕 6 个月
160毫希
表二
图一 1971 年 1 月 31 日，363 英尺高的阿波罗十四号运载火箭从肯尼迪太空中心的 39A 发射台升空。(图片来源：https://www.nasa.gov/image-feature/liftoff-of-apollo-14)
图二 登月舱太空人Buzz Aldrin 在月球上进行阿波罗十一号舱外活动的照片。(图片来源：https://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_feature_872.html)
图三 天空实验室四号指挥官 Gerald Carr 开玩笑地展示了零重力下的重量训练，他用一只手指平衡著倒立的同行太空人William Pogue。(图片来源：https://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_feature_568.html)
图四 天空实验室四号指挥官 Gerald Carr在 1974 年 2 月 3 日进行任务最后一次的太空漫步期间拍摄了这张照片。(图片来源：https://www.nasa.gov/audience/foreducators/spacesuits/historygallery/sky-feb74.html )
参考资料：
[1] https://www.nasa.gov/stem-ed-resources/sf-radiation-challenge-hs-mod1.html