地球的隱形防護盾

許開華

在科幻電影《黑豹》中，黑豹的家鄉瓦坎達可以開啟一個透明的防護罩，把瓦坎達完全罩住，外星入侵者很難突破保護罩。這看起來很有科幻感和未來感，但其實，地球一直以來都像瓦坎達一樣，被類似的保護罩保護著。

“槍林彈雨”的太空

太空就像一個槍林彈雨的戰場，危險并非來自橫沖直撞的小行星、殘暴的外星生物或邪惡的帝國戰艦，而是來自小到看不見、摸不著的高能粒子。高能粒子如炮彈般以接近光的速度疾馳，轟擊其路徑上的任何東西，這就是宇宙輻射。宇宙中的高能粒子的穿透力比醫用X光強得多，宇航員的宇航服、衛星的外殼都可以被它們穿透。當宇航員進行太空行走時，他們雖然什么感覺也沒有，但這些殺人粒子正高速轟擊他們的細胞。太空中的人類飛行器也曾多次被破壞。2009年，國際空間站上的三臺俄羅斯飛行計算機全部墜毀，宇宙輻射應該就是破壞者。

最強的宇宙輻射來自太陽風。太陽風是由太陽上層大氣射出的超高速帶電粒子流，較強的太陽風不僅會傷害宇航員、破壞航天器，也會干擾地面上的通訊設備。

如果地球沒有保護，地球生命將無法生存。

輻射如何傷害人體？

輻射就是擴散中的高能粒子，它們高速穿透生命體時，會破壞被擊中的細胞，切斷DNA。人體在單位時間內接受的輻射量越大，患癌的概率就越高。輕微輻射下，機體可以通過自身的代謝過程對受損傷的細胞或組織進行修復，這夠不成傷害;如果人體接受的輻射超過安全劑量，患變的概率就會增加，如，醫院里的單次X光片輻射量不大，但拍得過多就要小心了;如果在很短的時間內接受高強度輻射，人會患輻射病，出現嘔吐、出血、身體潰爛等癥狀，甚至死亡，原子彈爆炸、核電廠事故產生的輻射就會對人體造成這種傷害。

地球的三層防護盾

高能粒子的牢籠——地球磁場

地球磁場由地核形成，磁力線從南極出發延伸至北極，形成包圍著地球的巨大磁場，指南針指著相同的方向，正是因為地球磁場的磁極在南北極。當太陽風刮向地球或其他宇宙粒子飛向地球時，地球磁場會將高能粒子捕獲，并把它們囚禁在特定的區域。

這些特定的區域像一大一小兩個（有時會出現第三個）甜甜圈，以地球為圓心嵌套在一起，圍繞在赤道周圍，它們被稱為“范艾倫輻射帶”，以發現者范艾倫命名。范艾倫內部輻射帶位于地球表面以上約650～6500千米之間的區域，外部輻射帶則位于約13000～60000千米之間的區域。在范艾倫帶內，每平方厘米都有上百萬顆粒子在移動，包括質子、中子和離子。

地球磁場通過這種方式阻擋了99.9%的有害輻射到達地球。

地球的“防彈玻璃”

在離地球表面大約11000千米的地方，大約是范艾倫輻射帶外層的內邊緣，有一個看不見的屏障，這個屏障明晰而穩定，無論多么厲害的粒子，即使是太陽風刮過來，也無法被撼動，粒子飛到屏障時就像子彈撞上了防彈玻璃。只要在離地面11000千米以內飛行的人造設備都會得到這個屏障的保護。

但是，這個屏障究竟是如何形成的？科學家還無法確定，有人認為，這與圍繞地球的另一層物質——等離子體層（也叫“內磁層”）有關。等離子體層由低能粒子所組成，像一團看不見的云圍繞著地球，也許是在它的某些作用下形成了這個屏障。

為我們防曬的臭氧層

大氣層離地球表面越遠越稀薄，外圍并沒有明顯的界線。大氣層是地球生命存在的基礎之一，其中阻擋紫外線的是臭氧層，臭氧濃度較高的區域離地面約15至35千米。紫外線是一種很強的輻射，臭氧層通過吸收和反射，將大部分紫外線阻擋在外。不過，當我們在烈日下活動時，照射到我們身上的紫外線還是會對我們的皮膚產生一定的影響，如果防護不夠，會讓人曬傷，患皮膚癌和眼疾的概率增高，因此，我們還是要注意防曬。

原來，地球被如此精巧的防護盾嚴密地保護著，才有了地球生命的繁榮和人類文明的發展，這究竟是大自然偶然的杰作，還是有更高級的智慧生命刻意設計呢？

給太空探索帶來的麻煩

地球磁場將高能粒子阻擋在外，保護了地球，但人類不甘心只呆在地球上，探索太空的野心越來越大，需要在太空執行的任務越來越多，尤其是未來載人登陸火星，或其他深空探索。太空飛行器有時必須穿越輻射帶，宇航員需要在太空中生活較長時間，傷害會變得明顯。不過目前數據還太少，不夠科學家有效評估宇宙輻射對人體的傷害程度。據估計，在星際中旅行一年，人體內1/3的DNA會被切斷，這使癌癥的發病率急劇升高。

太空工程師們一直在想辦法對抗宇宙輻射，一方面可以讓太空飛行器繞過輻射帶的密集區域飛行;一方面加強飛行器，尤其是載人艙的防輻射功能;當然還有宇航服需要合理設計。