太空時代 宇宙射線達到高峰

Cosmic Rays Hit Space Age High
http://www.physorg.com/news173445919.html

By Dr. Tony Phillips Enlarge, September 29th, 2009

(PhysOrg.com) -- 計畫到火星的旅行？你得要大量的防護罩。根據 NASA ACE（Advanced Composition Explorer）太空船的感應器，銀河的宇宙射線在太空時代達到高峰。

"2009 年，宇宙射線的強度增加了 19%，超越過去 50 年來我們在任何時刻中所觀測到的，" 加州理工（Caltech）的 Richard Mewaldt 表示。"增加相當顯著，而且那意味著我們需要重新思考那些進行深太空（deep-space）任務的太空人需要採取多大的輻射防護。"

這次激增（surge）的起因是太陽活動極小期（solar minimum）-- 太陽活動的深度靜止（lull），那大約從 2007 開始並持續至今。研究者長久以來即知，當太陽活動減少時，宇宙射線就會上升。現在，太陽活動是現代中最「虛」的時候，替 Mewaldt 所謂的「完美宇宙射線風暴」設立了舞台。

"我們正經歷近一個世紀以來，最深沈的太陽活動極小期，" Goddard 太空飛行中心的 Dean Pesnell 表示，"所以宇宙射線在太空時代創了紀錄，不讓人感到意外。"

銀河的宇宙射線來自於太陽系外部。它們是次原子粒子 -- 主要是質子但也有某些重核（heavy nuclei） -- 因遙遠的超新星爆發而被加速到近乎光速。當宇宙射線擊中大氣時，會引發次級粒子（secondary particles，二次粒子）的大氣陣雨（air showers）；而單一宇宙射線若擊中某個倒楣的 IC，就會使人造衛星殘廢。

太陽的磁場是我們對抗這些高度帶電、充滿能量粒子的第一道防線。從水星到冥王星以及之後的整個太陽系都被一種太陽磁力泡泡所圍繞，稱為日球（heliosphere，日球層、日磁層）。那根源於太陽內部的磁性電動機，且由太陽風擴張到巨大的規模。當宇宙射線試圖進入太陽系時，它必須飛越日球的外層；而假若它闖關成功，這裡還有雜陳（thicket）的磁場等著要將入侵者散射及偏斜。

"在低度太陽活動的時期，這種天然防護罩也變弱了，有更多宇宙射線得以抵達內太陽系，" Pesnell 解釋。

Mewaldt 列出當前太陽活動極小期的三種面向，那正在結合以創造出完美的風暴：

(1) 太陽磁場很虛。"太陽的行星間磁場（interplanetary magnetic field，IMF）從典型的 6 - 8 nanoTesla（nT）急降到只有 4 nT，" 他表示。"這種創紀錄的低 IMF 肯定對宇宙射線通量創紀錄的高有所貢獻。"

(2) 太陽風衰弱中。"Ulysses 太空船所完成的測量顯示，太陽風壓是 50 年來的低點，" 他繼續，"所以保護太陽系的磁性泡泡並不會像往常一樣擴張這麼多。" 較小的泡泡，使宇宙射進入太陽系的路程變短了。宇宙射線一旦要進入太陽系，它必須頂著太陽風「逆游」。太陽風速在 2008 - 2009 年已降到非常低的程度，使得宇宙射線較平常更易繼續前進。

(3) 電流片（current sheet，電流頁，譯註：電流床單會更貼切，不過容易誤解）正逐漸平坦（flattening）。想像太陽穿著一件寬度如整個太陽系的芭蕾舞裙，且有電流沿著波浪形的縐褶流動。那是「日球電流片（heliospheric current sheet）」，一個廣闊的過渡區域，在此太陽磁場的極性由正轉（北極）為負（南極）。電流片很重要，因為宇宙射線有這種縐褶引導的傾向。近來，電流片正逐漸變得平坦，讓宇宙射線更容易長驅直入內太陽系。

"如果這種扁平化如同它在之前的太陽活動極小期那樣繼續下去，我們將能瞧見宇宙射線通量比前太空時期全面高出 30%，" Mewaldt 預測。

地球不會因額外的宇宙射線而有重大危險。這顆星球的大氣與磁場結合形成可怕的防護罩，對抗宇宙輻射，保護地表上的人類。事實上我們渡過比這更糟的風暴。數百年前，宇宙射線通量都至少比現在高出 20%。研究者之所以知道這件事，是因為當宇宙射線擊中大氣時，它們會產生鈹的一種同位素（10Be），那保存在極地冰塊中。透過冰核的檢查，就有可能估計過去千年的宇宙射線通量。即使有最近的激增，今日的宇宙射線也比過去千年當中的虛弱很多。

"到目前為止，太空時代經歷過一次相對較低的宇宙射線活動，" Mewaldt 表示，"我們現在正恢復到過去數個世紀的典型水準。"

※ 不過地球目前也有一些變化。

＊ 地球磁場逆轉可由小核心波動解釋

＊ 宇宙射線以七日魔法干預地球雲層
＊ 太陽活動的小波動對於地球氣候有大影響
＊ Ulysses：太陽系的防護正在降低

＊ 地球磁場仍然是一個帶電的謎
＊ 星際磁場 支配大質量恆星形成
＊ 百萬度的電漿可能在星系中「氾濫」
＊ 首度在費米子氣體中觀察到磁性