在飛船上造磁場

林淼

提到太空危險，您會想到迎面而來的隕石，還是低溫的真空環境？或許有的人還會想到另一個肉眼并不可見的危險：太陽高能粒子。

太陽高能粒子：看不見的危險

雖然看起來，太空除了隕石和塵埃之外，空空如也，但其實它充滿了來自太陽的高能粒子。這些高能粒子呈等離子態彌漫在太空當中。什么是等離子態？等離子態是物質的第四狀態（另外三種分別是：固態、液態和氣態），由離子和自由電子組成。人類可以通過加熱任何一種氣體，或者給氣體通上強電磁場來制造等離子態的物質。我們常見的閃電、霓虹燈里的燈光和靜電火花就是等離子態。

太空環境什么氣體都沒有，那么那些等離子態的高能粒子是怎么來的呢？這些高能粒子來自于太陽噴發出的太陽風，太陽風本身指的就是太陽上層大氣射出的超高速等離子體流。在太陽日冕層幾百萬開爾文的高溫下，氫、氦等原子被電離成帶電的質子和電子等，同時獲得極高的運動速度，不斷掙脫太陽引力的束縛，射向太空，從而形成太陽風。

這些高能粒子不僅可以穿透飛船的船壁，進而影響飛船上設備的運行，還會擊中宇航員，“敲掉”或“扭曲”宇航員的某些DNA片段，從而使宇航員“染”上輻射病或死亡。

那么以往的宇航員是怎么活下來的呢？科學家們早就發現，高能粒子并非“銳不可當”，當它們遇到的障礙達到某一厚度時，它們就無法穿透這個障礙。所以，科學家們大多采用加厚船壁和宇航服的方法，來保護設備和宇航員。

能抵御高能粒子的無形防護罩

不過，科學家們現在正在研制小型人造磁層，從而在不用消耗太多能量和材料的情況下，來抵御來自太陽的高能粒子。

科學家給飛船制造磁層的靈感來自于地球磁層——地球被一個巨大的磁層包圍著，正是由于這層磁層能夠吸收和偏轉高能粒子，地球上的生命才得以生存下來。所以科學家也想給飛船“安”上這么一層護罩。

科學家最初的方案是在宇宙飛船上多安裝一個（或多個）叫做托卡馬克環的裝置。托卡馬克環是一種用超導磁體制作的圓環裝置，在地球上，它被用來控制熱核聚變反應的功率。地球上的托卡馬克環內部充滿高能等離子，這些高能等離子來自熱核聚變反應，而它們又會在科學家的控制下，按照一定的方向運動，同時產生磁場。

于是，科學家就想，能不能把它“搬”到宇宙飛船上，甚至搬到人類未來的月球和火星殖民地上，利用它產生的磁層（磁場）來進行保護？另外，高能等離子流是熱核聚變反應的副產品，熱核聚變反應主要會被用來生產電能，所以，制造這層磁層的同時還可以為宇宙飛船發電供能。然而，如今科學家在地球上連一個普通的核聚變反應堆都制造得極其費力，更不用說建造難度更大的外星殖民地或宇宙飛船核聚變反應堆了。

于是，科學家得考慮其他的方案。其中一個較為可行，而且相對簡單的方案就是在飛船的周圍直接“繞”上超導磁體，然后給超導磁體通電。其原理是超導磁體通電會產生磁場，如果給飛船周圍的超導磁體通上電，那么超導磁體會在飛船周圍產生磁場，這些磁場會在一定程度上阻擋來自太陽的高能粒子。只是，科學家目前還沒找到合適的超導磁體。

將來隨著技術的進步，科學家一定能制造出能阻擋太陽高能粒子的盾牌，就讓我們拭目以待吧。