电浆泡泡
星际旅行的新法宝-电浆泡泡
想参加星际旅行,却害怕宇宙射线对身体造成伤害吗?科学家提出新构想-电浆泡泡,先将电浆形成电流,并利用此电流产生的磁场将宇宙射线偏折。若这个构想可行,未来太空船外笨重的宇宙射线保护壳将被轻薄的电浆泡泡所取代。
於人类长期的太空旅行中,宇宙射线所造成的健康问题为最重要的安全考量。可能的健康风险包括癌症、白内障、遗传疾病、中枢神经系统的损害等。太空中主要的辐射源包括银河宇宙射线 (galactic cosmic rays, GCR),太阳粒子及困在地球磁场中的质子、电子等。当生物长期曝晒於宇宙射线中,射线之高能粒子轰击细胞中DNA,可能造成DNA盐基键结的断裂或其他无法修补之损毁,导致DNA瓦解或突变。
早期太空人的任务 (如太空梭或国际太空站) 多於地球附近活动,受到地球磁场之保护,高能粒子对太空人的伤害小。近年来太空任务复杂,旅程越来越远,地球磁场对太空人的保护减少,为了避免宇宙射线对太空人造成致命的危害,科学家们发展出许多高能粒子的遮蔽方法,包括磁遮蔽法、静电遮蔽法及高强度复合材料遮蔽法等。磁遮蔽法是利用高能带电粒子进入磁场区时,其运动轨道受到磁力之影响而弯曲转向,避免保护区受到粒子直接攻击,如地球磁场即利用磁遮蔽法遮蔽了外太空的高能粒子;产生磁场的材料性质为发展此方法的主要限制。静电遮蔽法则是施加正电荷於飞行器外壳以维持高电位,此法对高能原子核之排斥有极好的效果; 而快速的放电为高电位飞行器的主要缺点。最常见的遮蔽方法系利用特殊复合材料制成的外壳吸收高能粒子,其缺点为重量过重!
华盛顿大学的科学家Slough提出利用电浆环绕太空船周围以遮蔽宇宙射线的概念,并获得NASA补助探讨此方法的可行性。简而言之,此方法建议於太空船安装一高电压设备,将氢解离成电浆後,向太空船喷出,围绕太空船。於此电浆云外再包围一层通电导线网,目的是在电浆中产生电流,并协助局限太空船周围的电浆。由电浆中电流所产生的磁场 (plasma magnetic field),如同前文所提及之磁遮蔽法,可遮蔽宇宙射线中的高能粒子,使其转向。
电浆云越大,其对宇宙射线的遮蔽效果越好,但亦需要越大、越重之导线网。究竟多大的电浆云,能同时有效的遮蔽高能粒子,又能减少太空船重量之负载?经过估计,约100公尺宽的电浆云即可符合所需。此外,此导线网必须由超导材料制成,而适合的超导材料也已经商业化,取得容易。
未来的太空船可能以电浆为推进燃料,如此一来,被抛弃的电浆即可被重复利用,产生大尺度电流,进而产生磁场 (plasma magnetic field),遮蔽致命的太空射线。正如Slough所云: 你的抛弃物保护了你。