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本期为大家带来:
《你知道吗——现代科学中的100个问题》
本书是阿西莫夫的优秀作品之一。
作者以通俗的语言,深入浅出地解释了现代科学中的一百个尖端课题。
其中,有些是了解现代科学技术所必须具备的基础知识,如科学的研究方法、二进制数、相对论、亚原子粒子、核聚变、熵、晶体、病毒等。有些则是当代科学技术的前沿阵地,如黑洞、统一场论、夸克、快子、金属氢等。
作者对这些问题的来龙去脉,它们目前处在什么样的状态、有没有希望得到解决等问题均作了回答。
第六十二个问题:宇宙线对于在空间旅行的人有多大的危险性?
早在1911年,奥地利物理学家赫斯就发现地球一直在受到来自外层空间的、穿透能力非常强的辐射的轰击。这种辐射在1925年被美国物理学家米利肯命名为“宇宙线”,因为它们是在宇宙中产生的。
经过这些年来,人们已经发现,宇宙线是由一些非常高速的带正电原子核组成的。其中大约有百分之九十是质子(氢的原子核),百分之九是α粒子(氦的原子核),剩下的百分之一是一些质量更大、结构更复杂的原子核,有些大的如铁的原子核,质量为质子的56倍。
这些撞击地球外层大气的高速原子核是所谓“原辐射”。它们同空气分子相碰撞,并把分子击碎,从而产生各种各样能量同原辐射差不多一样高的粒子。空气分子爆炸而形成的这些新粒子就构成了“次级辐射”。
次级辐射有一部分能到达地面,并穿入地壳好几米深。有一小部分辐射会从人体穿过,这样的辐射会对细胞造成偶然性的损害,而这可能成为使基因产生突变的因素之一。如果这样的辐射足够多,就会使大量的细胞受到损伤以致使人死亡,但是,幸亏在我们这里,即在大气层的下部,这样的辐射并不太多。生物经过宇宙线几十亿年的轰击,终于还是幸存下来了。
宇宙线的起源是个有争论的问题,不过,它们至少有一部分是由普通的恒星产生的。1942年有人发现,当太阳表面爆发出“太阳耀斑”(这是一种巨大的爆炸)时,它也会产生一些能量不算太高的宇宙线。
我们的高层大气把一般宇宙线粒子的能量吸收掉一大部分,而次级辐射可以在大气中跑得远一些,才受到部分吸收。原来的辐射能只有很少一部分能够不被吸收而到达我们所居住的地面。
但是,在大气层以外的空间中,宇航员可就得面临着原辐射的十分猛烈的轰击了。这时,屏蔽也起不了太大的作用。撞击在任何屏蔽物原子上的宇宙线粒子都会产生次级辐射,它们会朝飞船内部像弹片那样向四面八方飞散。如果屏蔽用得不合适,那实际上可能造成更坏的后果。
这种危险的大小完全取决于外层空间中宇宙线的活性有多大——特别是取决于那些质量确实很大的粒子的数量,因为大多数损害都是这类粒子造成的。过去美国和苏联已把许多人造卫星发射到外层空间去检测宇宙线的数量,看来在通常的条件下,宇宙线的数量不大,足以保证合理的安全要求。
最可能出危险的机会可能是由太阳所产生的那些中等强度的宇宙线引起的。我们的大气能够把这些辐射差不多全部挡住,但在外层空间中却没有任何大气来为宇航员挡住这些辐射。这种辐射尽管能量不太高,但数量却很多,这就可能使它们变得很危险。太阳的宇宙线只有在出现太阳耀斑时才大量产生。因此,宇航员有幸运的一面:这种耀斑并不太经常出现;但也有不幸的一面:我们还无法预测要出现耀斑的精确时间。
因此,当宇航员登上月球时,我们当然一定会希望在一两个星期的时间内,不要出现那种向他们那里喷出宇宙线粒子的大耀斑。